JP2016036642A

JP2016036642A - 電極およびウェアラブル電極

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Publication number: JP2016036642A
Application number: JP2014163401A
Authority: JP
Inventors: 和彦高河原; Kazuhiko Takagahara; 一善小野; Kazuyoshi Ono; 龍介川野; Ryusuke Kawano; 石原　隆子; Takako Ishihara; 隆子石原; 弘小泉; Hiroshi Koizumi; 佐藤　康博; Yasuhiro Sato; 康博佐藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2014-08-11
Filing date: 2014-08-11
Publication date: 2016-03-22
Anticipated expiration: 2034-08-11
Also published as: JP6416540B2

Abstract

【課題】激しい運動時にも安定的に生体信号を検出可能なウェアラブル電極を提供する。【解決手段】本願発明の電極は、生体の生体信号を検出するための電極であって、生体に接触しうる部分の少なくとも一部に、電極を構成する部材よりも摩擦係数の高い部材から構成される突起部を備える。【選択図】図１

Description

本願発明は、電極を備えた衣服を用いて心電図をはじめとする生体信号を測定するためのウェアラブル電極に関するものである。

脳波、事象関連電位誘発電位、筋電図、心電図等の生体信号の記録、及び生体に対する電気刺激のために、体表面に装着する生体電極が広く使用されている。

最近では、個人の健康管理の手法の一つとして、長期間にわたって心電波形等を記録し、その波形の変化を解析することが行われており、自律神経の乱れや心臓病の兆候を早期に発見することができ、予防医学において有効な手段となっている。これに伴い、衣服に取り付けられた生体電極により長期間にわたって心電波形等の生体信号を測定することが可能なウェアラブル電極が注目されている（例えば、「非特許文献１」参照）。

David M. D. Ribeiro, et. al., "A Real time, Wearable ECG and Continuos Blood Pressure Monitoring System for First Responders," 33rd Annual International Conference of the IEEE EMBS, pp. 6894-6898, 2011.

しかしながら、従来のウェアラブル電極では、着用者が運動を行うことにより、生体から電極がずれる等して、ノイズの混入が大きくなり、測定される信号のＳ／Ｎ比が劣化し、所望のレベルの信号が得られないという問題があった。

本願発明は、上記に鑑みてなされたものであり、激しい運動時にも安定的に生体信号を検出可能なウェアラブル電極を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本願発明の電極は、生体の生体信号を検出するための電極であって、前記生体に接触しうる部分の少なくとも一部に、前記電極を構成する部材よりも摩擦係数の高い部材から構成される突起部を備える。

前記突起部の少なくとも一部は導電性を有してもよい。

前記突起部の先端部分の断面が楕円弧形状であってもよい。

前記突起部の先端部分が吸盤形状であってもよい。

また、本願発明のウェアラブル電極は、衣服の所定の位置に設置され、その衣服を身に付けた生体に接触したときにその生体の生体信号を検出する電極を備え、少なくとも、前記電極の前記生体に接触しうる部分の少なくとも一部、前記衣服の前記電極が設置された部分の周辺部であって、前記生体に接触しうる部分の少なくとも一部のいずれかに、前記電極を構成する部材よりも摩擦係数の高い部材から構成される突起部を備える。

前記電極に備えられた前記突起部の少なくとも一部は導電性をしてもよい。

前記突起部の先端部分が吸盤形状であってもよい。

本願発明によれば、激しい運動時にも安定的に生体信号を検出可能なウェアラブル電極を提供することができる。

図１は、本願発明の第１の実施の形態に係る電極に突起部を備えたウェアラブル電極の電極部分の断面図である。図２は、本願発明の第２の実施の形態に係る衣服に突起部を備えたウェアラブル電極の電極部分の断面図である。図３は、本願発明の第３の実施の形態に係る電極に先端部分が吸盤形状の突起部を備えたウェアラブル電極の電極部分の断面図である。図４は、本願発明の第４の実施の形態に係る衣服に先端部分が吸盤形状の突起部を備えたウェアラブル電極の電極部分の断面図である。

以下、本願発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。以下の実施の形態により本願発明の内容が限定されるものではない。

＜第１の実施の形態＞
図１は、本願発明の第１の実施の形態に係る電極に突起部を備えたウェアラブル電極の電極部分の断面図である。電極２０は生体１０に接触するように衣服３０の内側に設置されている。本実施の形態では、図１（ａ）に示すように、電極上の生体に接触しうる位置に突起部（４０−１〜４０−４）が形成され、突起部（４０−１〜４０−４）は電極２０を構成する部材よりも摩擦係数の高い部材により構成されている。尚、本実施の形態では、突起部（４０−１〜４０−４）の先端部分の断面を楕円弧形状にしているが、突起部の形状はそれに限定されない。

電極２０上に形成された摩擦係数の大きい突起部（４０−１〜４０−４）が生体１０と接触することにより、電極２０と生体１０とのずれが抑えられ、ノイズの混入を防止し、安定した生体信号の測定が可能となる。また、図１（ａ）に示すように、電極２０の生体表面への密着度を高めるために、電極２０が設置される衣服３０の周囲から生体を締め付ける締付部材８０を備えてもよい。

電極２０は、導電性繊維構造物から構成され、特に限定されないが、銀、銅、金、ステンレス等の金属を細線に加工して柔軟性を付与し、布帛として構成したものや、上記金属を繊維素材にメッキしたもの、カーボンファイバー、導電性高分子を繊維素材に含浸したものなどを用いることができる。特に、導電性高分子としてポリ３、４−エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）にポリスチレンスルホン酸（ポリ４−スチレンサルフォネート：ＰＳＳ）をドープしたＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを用い、それを繊維素材に含浸したものは、安全性、加工性の観点から特に好適である。

電極２０上に形成された突起部（４０−１〜４０−４）は、電極２０を構成する部材よりも摩擦係数の高い部材により構成すればよく、天然ゴム、ニトリルゴム、ネオプレンゴム、ウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂、ＰＤＭＳ（ＰＯＬＹ（ＤＩＭＥＴＨＹＬＳＩＬＯＸＡＮＥ））樹脂などの弾性材料を用いることで電極自体の柔軟性を損なうことなく、その目的が達成される。

突起部（４０−１〜４０−４）には、カーボンブラック、金属微粒子、導電性高分子等の導電性材料を混入したり、突起部表面に導電性高分子膜や金属薄膜を形成したりすることにより、導電性を付与してもよい。突起部（４０−１〜４０−４）に導電性を与えることにより、実効的に電極の生体に対する接触面積を向上させることができる。また、図１（ｂ）のように、電極２０が生体１０から離間した場合でも、少なくとも電極２０に形成された突起部（４０−１〜４０−４）により生体１０との接触を確保し、生体信号を検出することができる。

ここで電極２０が設置される衣服３０や締付部材８０は、電極を安定して生体表面に固定するために、生体のどの部分に電極を接触させるかに応じて様々な形態を取ることができる。例えば、生体１０の腰部に電極２０を接触させるための衣服３０はパンツ状の形態にすればよく、締付部材８０は伸縮性のあるゴムバンドを用いれば良い。また、生体表面の任意の場所に電極２０を接触させるための衣服３０は、例えば、絆創膏状の形態とすればよく、締付部材８０としてはアクリル系、ゴム系、シリコン系などの粘着剤を用いれば良い。

＜第２の実施の形態＞
図２は、本願発明の第２の実施の形態に係る衣服に突起部を備えたウェアラブル電極の電極部分の断面図である。本実施の形態では、図２（ａ）に示すように、電極２０周辺の衣服３０に突起部（５０−１〜５０−４）を備えており、衣服３０に形成される突起部（５０−１〜５０−４）は、電極２０に形成される突起部（４０−１〜４０−４）と同様に電極２０を構成する部材よりも摩擦係数の高い部材で構成されている。

衣服３０上に形成された摩擦係数の大きい突起部（５０−１〜５０−４）が生体１０と接触することにより、衣服３０と生体１０とのずれとともに電極２０と生体１０とのずれが抑えられ、ノイズの混入を防止し、安定した生体信号の測定が可能となる。

衣服３０に形成される突起部（５０−１〜５０−４）は、電極２０に形成される突起部（４０−１〜４０−４）と同様に、電極よりも摩擦係数の高い部材により構成され、天然ゴム、ニトリルゴム、ネオプレンゴム、ウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂、ＰＤＭＳ（ＰＯＬＹ（ＤＩＭＥＴＨＹＬＳＩＬＯＸＡＮＥ））樹脂などの弾性材料を用いることができる。

図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、電極２０および衣服３０の両方に突起部を備えるように構成してもよく、それにより、電極２０や衣服３０のみに突起部を備えた場合よりもさらに、電極が生体からずれるのを抑える効果を高めることができる。

また、図２（ｂ）に示すように、電極２０の生体表面への密着度を高めるために、電極２０が設置される衣服３０の周囲から生体を締め付ける締付部材８０を備えてもよい。さらに、電極２０に形成された突起部（４０−１〜４０−４）に導電性を与えることにより、図２（ｃ）のように電極２０が生体から離間した場合でも、少なくとも電極２０の突起部（４０−１〜４０−４）により生体１０との接触を確保し、生体信号を検出することができる。

＜第３の実施の形態＞
図３は、本願発明の第３の実施の形態に係る電極に先端部分が吸盤形状の突起部を備えたウェアラブル電極の電極部分の断面図である。

図１、２では、突起部の先端部分の断面を楕円弧形状にしていたが、本実施の形態では、図３（ａ）に示すように、突起部（４０−１、４０−２）の先端部分を吸盤形状（６０−１、６０−２）にすることにより、電極２０と生体１０との接触をより確実なものとし、安定した生体信号の検出を可能としている。

この吸盤形状の部分（６０−１、６０−２）は、可撓性を有する材料、例えば、天然ゴム、ニトリルゴム、ネオプレンゴム、ウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂、ＰＤＭＳ（ＰＯＬＹ（ＤＩＭＥＴＨＹＬＳＩＬＯＸＡＮＥ））樹脂などからなる。ここで、吸盤形状の部分（６０−１、６０−２）は、突起部（４０−１、４０−２）と一体形成されてもよいし、別々の部品を接着することにより形成してもよい。また、吸盤形状の部分（６０−１、６０−２）は、突起部（４０−１、４０−２）と同一の材料で構成する必要はない。

図３（ａ）に示すように、電極２０の生体表面への密着度を高めるために、電極２０が設置される衣服３０の周囲から生体を締め付ける締付部材８０を備えてもよい。

電極２０に形成される突起部（４０−１、４０−２）が導電性を有する場合には、突起部に形成される吸盤形状の部分（６０−１、６０−２）にも導電性を付与する。吸盤形状の部分（６０−１、６０−２）への導電性の付与は、突起部（４０−１、４０−２）に導電性を付与する方法と同様の方法で行う。吸盤形状の部分（６０−１、６０−２）に導電性を与えることにより、図３（ｂ）のように電極２０が生体１０から離間した場合でも、少なくとも電極２０に形成された突起部の吸盤形状の部分（６０−１、６０−２）により生体１０との接触を確保し、生体信号を検出することができる。

＜第４の実施の形態＞
図４は、本願発明の第４の実施の形態に係る衣服に先端部分が吸盤形状の突起部を備えたウェアラブル電極の電極部分の断面図である。

図４（ａ）では、衣服３０に突起部（５０−１、５０−２）を備え、その先端部分を吸盤形状（７０−１、７０−２）にしている。衣服３０上の突起部の先端部分を吸盤形状にすることにより、衣服３０と生体１０との接触ならびに電極２０と生体１０との接触をより確実なものとすることができる。

さらに、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、電極２０および衣服３０の両方の突起部を吸盤形状にすることにより、電極２０や衣服３０のみに吸盤形状の突起部を備えた場合よりもさらに、電極が生体からずれるのを抑える効果を高めることができる。

また、電極２０の突起部（４０−１、４０−２）および吸盤形状の部分（６０−１、６０−２）に導電性を与えることにより、図４（ｃ）のように電極２０が生体１０から離間した場合でも、少なくとも電極２０に形成された突起部の吸盤形状の部分（６０−１、６０−２）により生体１０との接触を確保することができる。

以上説明したように、本願発明におけるウェアラブル電極では、衣服上に設置される電極や衣服に、電極を構成する部材よりも摩擦係数の大きい部材から構成される突起部を備えることにより、電極が生体からずれるのを抑えて、激しい運動時にも安定的に生体信号を検出することができる。

また、電極に備えられた突起部に導電性を付与することにより、電極が生体から離間した場合でも、少なくとも突起部により生体との接触を確保し、生体信号を検出することができる。

さらに、突起部の先端部分を吸盤形状とすることにより、電極と生体との接触をより確実なものとすることができる。

本願発明は、日常的に心電信号等の生体信号を取得するために用いられる生体電極および生体電極を用いた生体信号測定システムに利用することができる。

１０…生体、２０…電極、３０…衣服、４０−１〜４０−４…突起部（電極）、５０−１〜５０−４…突起部（衣服）、６０−１〜６０−２…吸盤形状部分（電極）、７０−１〜７０−２…吸盤形状部分（衣服）、８０…締付部材。

Claims

生体の生体信号を検出するための電極であって、
前記生体に接触しうる部分の少なくとも一部に、前記電極を構成する部材よりも摩擦係数の高い部材から構成される突起部を備えることを特徴とする
電極。
前記突起部の少なくとも一部は導電性を有することを特徴とする請求項１記載の電極。
前記突起部の先端部分の断面が楕円弧形状であることを特徴とする請求項１または２記載の電極。
前記突起部の先端部分が吸盤形状であることを特徴とする請求項１または２記載の電極。
衣服の所定の位置に設置され、その衣服を身に付けた生体に接触したときにその生体の生体信号を検出する電極を備え、
少なくとも、
前記電極の前記生体に接触しうる部分の少なくとも一部、
前記衣服の前記電極が設置された部分の周辺部であって、前記生体に接触しうる部分の少なくとも一部のいずれかに、
前記電極を構成する部材よりも摩擦係数の高い部材から構成される突起部を備えることを特徴とする
ウェアラブル電極。
前記電極に備えられた前記突起部の少なくとも一部は導電性を有することを特徴とする請求項５記載のウェアラブル電極。
前記突起部の先端部分の断面が楕円弧形状であることを特徴とする請求項５または６記載のウェアラブル電極。
前記突起部の先端部分が吸盤形状であることを特徴とする請求項５または６記載のウェアラブル電極。