JP2016158912A - 衣類、生体信号測定装置、および生体信号検出用部材 - Google Patents

Abstract

【課題】生体信号の測定時における静電気の影響を低減する。【解決手段】本発明に係る衣類（１００〜１０２）は、生体信号を受信する生体信号受信装置を接続するためのコネクタ（３）と、帯電防止機能を有する部材で形成されている領域に形成され、生体から生体信号を検知するための電極（２）と、帯電防止機能を有する部材で形成されている領域に形成され、コネクタと電極とを接続する配線（４）とを有することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、生体信号を検知するための電極を有する生体信号モニタ用の衣類、当該衣類を備えた生体信号測定装置、および衣類に装着するための生体信号検出用部材に関する。

近年、心臓や脳などの組織から発生する電気信号（以下、「生体信号」と称する。）を検出する生体信号測定装置が増えつつある。生体信号測定装置としては、例えば、導電性の布地を用いた電極が設けられた生体信号モニタ用の衣類と、当該生体信号モニタ用衣類の電極を介して受信した心電、心拍、筋電、呼吸波等の微弱な生体信号を電気信号に変換し、無線によって送信する小型の生体信号受信装置とから構成されたものが知られている。

このような生体信号を常時モニタする生体信号測定装置では、検知対象の生体信号が微弱なため、静電気による雑音の影響を受け難くする必要がある。そこで、従来の生体信号測定装置では、電極を含む生体の計測部全体をシールドと称する導電性の布で囲い込み、その布をアースに接続することで静電気の影響を抑制していた。例えば非特許文献１には、腕の筋電位を測定する際に、導電性の布から成るシールド部材で電極を含む生体の計測部全体を囲い込むとともに腕全体を覆い、そのシールド部材をアースに落とすことで、静電気による外来ノイズの影響を軽減する技術が開示されている。

「導電性衣服のシールド効果と電源供給機能を用いた高精度多点表面筋電位測定システム」，新村達，秋田純一，櫻沢繁，戸田真志，情報処理学会論文誌Ｖｏｌ．４８，Ｎｏ．１２，ｐ．３７８４−３７９２， ２００７−１２−１５．

しかしながら、非特許文献１に開示された技術では、静電気によるノイズの影響を軽減するために、シールド部材を常にアースに接続しておく必要がある。そのため、例えば、屋外で生体信号測定装置を用いる場合には、シールド部材をアースに接続することは容易ではなく、使い勝手が悪いという問題がある。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、生体信号の測定時における静電気の影響を低減することにある。

本発明に係る衣類（１００〜１０２）は、生体信号を受信する生体信号受信装置を接続するためのコネクタ（３）と、帯電防止機能を有する部材で形成されている領域に形成され、生体から前記生体信号を検知するための電極（２）と、前記帯電防止機能を有する部材で形成されている領域に形成され、前記コネクタと前記電極とを接続する配線（４）とを有することを特徴とする。

上記衣類において、前記帯電防止機能を有する部材は、衣類を構成する布地の少なくとも一部の領域に形成されていてもよい。

上記衣類において、前記帯電防止機能を有する部材（１１）は、導電性の粒子を含む塗料を塗布した布であってもよい。

上記衣類において、前記帯電防止機能を有する部材は、導電性を有する樹脂シートであってもよい。

上記衣類は、前記衣類における前記生体に接触する面（１Ａ）と反対側の面（１Ｂ）に、前記一部の領域を覆って形成された導電性を有するカバー（５、６）を更に有していてもよい。

上記衣類において、前記カバー（６）はメッシュ状に形成されていてもよい。

本発明に係る生体信号測定装置（３００、３０１）は、上記衣類（１００〜１０２）と、上記衣類の前記コネクタに接続する前記生体信号受信装置（２００）とを備えることを特徴とする。

本発明に係る、衣類（１００〜１０２）に装着するための生体信号検出用部材（１１）は、導電性を有する樹脂シートと、前記樹脂シートに形成され、生体信号を受信する生体信号受信装置を接続するためのコネクタ（３）と、前記樹脂シートに形成され、生体から前記生体信号を検知するための電極（２）と、前記樹脂シートに形成され、前記コネクタと前記電極とを接続する配線（４）とを有することを特徴とする。

本発明によれば、生体信号の測定時における静電気の影響を低減することができる。

図１は、実施の形態１に係る生体信号モニタ用の衣類を有する生体信号測定装置の構成を模式的に示す図である。 図２は、実施の形態１に係る衣類を生体に装着した場合の様子を模式的に示す図である。 図３は、実施の形態１に係る衣類の平面を模式的に示す図である。 図４は、実施の形態１に係る衣類と生体との接触面を模式的に示す図である。 図５は、実施の形態２に係る生体信号モニタ用の衣類を有する生体信号測定装置の構成を模式的に示す図である。 図６は、実施の形態２に係る衣類の平面を模式的に示す図である。 図７は、実施の形態２に係る衣類と生体との接触面を模式的に示す図である。 図８は、実施の形態２に係る衣類の電極と生体信号受信装置との接続部分の回路の一例を示す図である。 図９は、実施の形態２に係る衣類の電極と生体信号受信装置との接続部分の回路における各ノードの信号波形の一例を示す図である。 図１０は、実施の形態３に係る衣類の平面を模式的に示す図である。 図１１は、実施の形態３に係る衣類の導電性カバーの構成を模式的に示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

≪実施の形態１≫
図１は、本発明の実施の形態１に係る生体信号モニタ用の衣類を有する生体信号測定装置の構成を模式的に示す図である。
同図に示される生体信号測定装置３００は、生体から生体信号を検知するための電極が設けられた生体信号モニタ用の衣類１００と、生体信号受信装置２００とを含む。
上記生体は、例えば人体である。衣類１００は、例えば図２に示されるように、生体（人体）５００に身に着けることにより、生体５００に接触した上記電極を介して、心電、心拍、筋電、呼吸波等の生体信号を検知するものである。なお、本実施の形態においては、衣類１００がシャツである場合を一例として説明する。

生体信号受信装置２００は、衣類１００によって検知した生体信号を受信するとともに電気信号に変換し、例えば無線によって送信する小型の携帯端末装置である。生体信号受信装置２００と衣類１００とは、例えばコネクタを介して接続されている。

衣類１００は、布地１の少なくとも一部の領域１０が帯電防止機能を有する部材で形成されており、領域１０に、各種の電極やコネクタ等が設けられている。以下、衣類１００の構成について、図３および図４を用いて詳細に説明する。

図３は、実施の形態１に係る衣類の平面を模式的に示す図である。同図には、衣類１００における、各種の電極やコネクタ等が設けられた領域１０が図示され、その他の領域については図示を省略している。

図４は、実施の形態１に係る衣類と生体との接触面を模式的に示す図である。同図には、衣類１００と生体５００との接触面を断面方向（図２のＸ方向）から見たときの領域１０付近の構造が図示されている。

衣類１００の領域１０は、帯電防止機能を有している。すなわち、衣類１００の領域１０は、例えば、導電性の粒子（例えば金属粒子）を含む塗料（導電塗料）を塗布した布地や導電性を有する樹脂シート等の帯電防止機能を有する部材１１によって形成されている。具体的に、帯電防止機能を有する部材１１は、例えば、上記導電塗料を布地１における領域１０に塗布して練り込むことにより、布地１と一体に形成することができる。または、導電性を有する樹脂シートから成る部材１１を、縫製や接着材等によって布地１の領域１０に貼り付けることにより、領域１０に帯電防止機能を持たせることができる。ここで、導電性を有する樹脂シートとしては、導電性ポリマーから成るシートや、表面に導電塗料を塗布した樹脂から成るシート等を例示することができる。また、布地１は、その一部の領域に帯電防止機能を有する部材１１を形成することができるものであればよく、その布地を構成する材質に特に制限はない。

図３に示されるように、衣類１００の領域１０には、電極２＿１〜２＿３、コネクタ３＿１〜３＿３、および配線４＿１〜４＿３が形成されている。電極２＿１〜２＿３、コネクタ３＿１〜３＿３、および配線４＿１〜４＿３は、例えば縫製や接着材等によって布地１の領域１０に貼り付けられている。

電極２＿１〜２＿３（以下、総称する場合には、「電極２」と表記する。）は、生体５００から発せられた生体信号を検知するものである。電極２は、生体５００と接触可能なように、布地１における生体５００と接触する面１Ａに貼り付けられている。

配線４＿１〜４＿３（以下、総称する場合には「配線４」と称する。）は、電極２＿１〜２＿３と対応するコネクタ３＿１〜３＿３とを電気的に接続する信号線である。配線４＿１〜４＿３は、例えば、布地１の面１Ａ上または布地１の内部を通るように形成されている。

コネクタ３＿１〜３＿３（以下、総称する場合には、「コネクタ３」と表記する。）は、衣類１００と生体信号受信装置２００とを接続するための機能部である。コネクタ３は、生体信号受信装置２００と接続する部分が布地１における面１Ａと反対側の面１Ｂから露出するように形成されている。例えば、布地１の面１Ｂにおけるコネクタ３の露出部分を、生体信号受信装置２００に設けられたコネクタ（図示せず）と嵌合させることにより、衣類１００の電極２と生体信号受信装置２００とが電気的に接続される。これにより、電極２によって検知された生体信号は、配線５を伝搬し、コネクタ３を経由して生体信号受信装置２００に入力される。そして、生体信号受信装置２００は、入力された生体信号を電気信号に変換し、例えば無線によって外部に送信する。

以上、実施の形態１に係る衣類１００によれば、布地１における生体信号が伝搬する電極２や生体信号受信装置２００等を配置する領域１０に帯電防止機能を持たせることにより、電極や生体信号受信装置２００等の周辺における静電気の発生を抑制することができる。これによれば、従来のように衣類をアースに接続することなく、生体信号の測定時の静電気による雑音を低減することができるので、例えば、屋外や屋内といった生体信号の測定環境によらず、測定精度が高く、且つ使い勝手の良い生体信号測定装置を実現することができる。

≪実施の形態２≫
図５は、本発明の実施の形態２に係る生体信号モニタ用の衣類を有する生体信号測定装置の構成を模式的に示す図である。
同図に示される生体信号測定装置３０１を構成する実施の形態２に係る衣類１０１は、布地１の領域１０の表面に導電性カバーを備える点において実施の形態１に係る衣類１００と相違し、その他の点は衣類１００と同様である。
なお、実施の形態２に係る衣類１０１において、実施の形態１に係る衣類１００と同様の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
以下、実施の形態２に係る衣類１０１の具体的な構成について、図６および図７を用いて詳細に説明する。

図６は、実施の形態２に係る衣類の平面を模式的に示す図である。同図には、衣類１０１における、各種の電極やコネクタ等が設けられた領域１０が図示され、その他の領域については図示を省略している。

図７は、実施の形態１に係る衣類と生体との接触面を模式的に示す図である。同図には、衣類１０１と生体５００との接触面を断面方向（例えば図２のＸ方向）から見たときの領域１０付近の構造が図示されている。

衣類１０１は、実施の形態１に係る衣類１００と同様に、帯電防止機能を有する領域１０に、電極２、コネクタ３、配線４が設けられている。衣類１０１は、更に、導電性カバー５を備える。導電性カバー５は、導電性を有する布、樹脂シート、または金属薄膜等のシート状の部材である。導電性カバー５としては、導電性高分子樹脂を含む布、銀メッキ糸で織られた布、導電性金属粒子を含んだシート状のラバー等を例示することができる。導電性カバー５は、布地１の領域１０を表面から覆うように、縫製や接着材等によって固定される。具体的には、図６および図７に示されるように、導電性カバー５は、布地１における生体に接触する面１Ａと反対側の面１Ｂに、領域１０を覆うように固定される。

また、図７に示されるように、導電性カバー５は、衣類１１と導電性カバー５との間に生体信号受信装置２００を配置することができるように、布地１に固定されている。すなわち、コネクタ３に接続された状態の生体信号受信装置２００を導電性カバー５で覆うことができるように、導電性カバー５が布地１に固定されている。導電性カバー５の固定方法としては、例えば、布地１との間に生体信号受信装置２００を挿入するための隙間（開口）ができるように導電性カバー５を布地１に固定してもよいし、導電性カバー５の一部または全部が布地１に対して着脱可能となるように導電性カバー５を構成してもよい。

以下、導電性カバー５による作用・効果について、図８および図９を用いて詳細に説明する。

図８は、実施の形態２に係る衣類の電極と生体信号受信装置との接続部分の回路の一例を示す図である。同図には、生体信号受信装置２００における電極２との接続部分の回路（差動増幅器２００１）のみが図示されており、その他の部分の回路は図示を省略している。
図９は、実施の形態２に係る衣類の電極と生体信号受信装置との接続部分の回路における各ノードの信号波形の一例を示す図である。同図には、実施の形態２に係る衣類の周囲の静電気によって導電性カバー５の電位変化（静電気ノイズ）４００が発生した場合における電極２＿１、電極２＿２、および差動増幅器２００１のグラウンド電位ＧＮＤの各信号４０１〜４０３と差動増幅器２００１の出力端子ＯＵＴの信号４０４の各信号波形の一例が図示されている。

図８に示されるように、例えば、電極２＿１、２＿２によって検知した生体信号を生体信号受信装置２００内の差動増幅器２００１によって増幅する場合を考える。この場合、導電性カバー５と、電極２＿１、２＿２、配線３＿１、３＿２、および増幅器２００１のグラウンド電位（基準電位）ＧＮＤとは、寄生容量３０１〜３０５を介して容量結合される。そのため、図９に示すように、導電性カバー５における電位変化、すなわち静電気ノイズ４００が、導電性カバー５を介して電極２＿１、２＿２、配線３＿１、３＿２、および増幅器２００１のグラウンド電位ＧＮＤの各信号４０１〜４０３に共通に伝搬する。電極２＿１、２＿２、配線３＿１、３＿２、および増幅器２００１のグラウンド電位ＧＮＤに重畳した静電気ノイズは同相であるため、差動増幅器２００１によって、同相のノイズ成分がキャンセルされ、生体信号の信号成分のみが増幅された出力信号４０４が生成される。

例えば導電性カバー５を装着しなかった場合、電極２＿１、２＿２、配線３＿１、３＿２、および増幅器２００１のグラウンド電位ＧＮＤの各容量結合成分（容量値）は、大きくばらついた状態となる。そのため、各ノードに重畳する静電気ノイズ成分の信号レベルや位相が揃わず、差動増幅器２００１によって静電気ノイズ４００を除去しきれない。これに対し、実施の形態２に係る衣類によれば、導電性カバー５によって、電極２＿１、２＿２、配線３＿１、３＿２、および増幅器２００１のグラウンド電位ＧＮＤの寄生容量３０１〜３０５の容量値が強制的に規定される。これにより、各ノードに重畳する静電気ノイズ成分の信号レベルや位相を揃えることができ、差動増幅器２００１による静電気ノイズ４００の除去が容易となる。

以上、実施の形態２に係る衣類１０１によれば、帯電防止機能を有する領域１０外において静電気が発生した場合であっても、生体信号モニタ用の電極２等を覆うように導電性カバー５を配置することにより、発生した静電気に起因する雑音の生体信号測定への影響を低減することができる。
すなわち、実施の形態２に係る衣類１０１によれば、実施の形態１に係る衣類１００と同様に静電気の発生を低減させる効果に加えて、静電気が発生した場合であっても生体信号に重畳した静電気による雑音を除去することが容易となり、生体信号の測定精度の向上に資する。

≪実施の形態３≫
図１０は、実施の形態２に係る衣類の平面を模式的に示す図である。
同図に示される実施の形態３に係る衣類１０２は、布地１の領域１０の表面に固定する導電性カバーをメッシュ状に形成する点において実施の形態２に係る衣類１０１と相違し、その他の点は衣類１０１と同様である。なお、実施の形態３に係る衣類１０２において、実施の形態２に係る衣類１０１と同様の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。なお、図１０は、前述の図３や図６と同様に、衣類１０２における各種の電極やコネクタ等が設けられた領域１０が図示され、その他の領域については図示を省略している。

衣類１０２は、メッシュ状に形成された導電性カバー６を備えている。
図１１は、導線性カバー６の平面を模式的に示す図である。
図１１に示されるように、導電性カバー６は、導電性の糸部材をメッシュ状（格子状）に織り込んだ構造を有している。導線性カバー６は、例えば、導電性繊維、導電性不織布、導電性金属薄膜、導電性粒子を含有する樹脂膜等を糸状にした導電性の糸部材６１をベースとなる非導電性の生地６０に、メッシュ状に織り込む、またはメッシュ状に貼り付けることによって、形成されている。

以上、実施の形態３に係る衣類１０２によれば、導電性カバーをメッシュ状に形成するので、実施の形態２に係る衣類１０１と同様に静電気による雑音を低減する効果に加え、導電性カバー５を製造する際の材量を削減することができ、生体信号モニタ用衣類の製造コストの低減を図ることができる。

以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、上記実施の形態では、布地１の一部の領域１０に帯電防止機能を持たせる場合を例示したが、布地１の全部に帯電防止機能を持たせてもよい。例えば、導電塗料を塗布し練り込んだ布地を身生地として衣類１００〜１０２を製造してもよい。また、実施の形態２および３の導電性カバー５，６を設ける場合には、布地１の領域１０が帯電防止機能を有していなくてもよい。

また、布地１の領域１０を樹脂シートで形成する場合には、導電性を有する樹脂シートに電極２、コネクタ３、および配線４を形成した生体信号検出用部材１１を作製し、その生体信号検出用部材を領域１０に縫製や接着材等によって固定してもよいし、生体信号検出用部材を領域１０に着脱可能に貼り付けるようにしてもよい。

また、本実施の形態では、図１に示すように、衣類１００〜１０２がシャツである場合を例示したが、本実施の形態に係る衣類は、身に着けるものであればよく、例えば、パンツ、腹まき、サポータ、バンド等であってもよい。

また、本実施の形態１乃至３に係る衣類１００〜１０２と生体信号受信装置２００との着脱機能は必ずしも必要ではなく、例えば、生体信号受信装置２００を衣類１００〜１０２と一体化してもよい。

また、生体信号受信装置２００は、生体信号を受信して外部に送信する機能に加え、受信した生体信号に対して所定の信号処理を行う機能を有していてもよい。

１…布地、１Ａ…布地の生体との接触面、１Ｂ…布地の接触面と反対側の面、２、２＿１〜２＿３…電極、３、３＿１〜３＿３…コネクタ、４、４＿１〜４＿３…配線、５、６…導電性カバー、１０…領域、６０…非導電性の生地、６１…導電性の糸部材、１００〜１０２…衣類、２００…生体信号受信装置、２００１…差動増幅回路、ＧＮＤ…グラウンド電位、３００、３０１…生体信号測定装置、４００…静電気ノイズ、４０１〜４０４…信号。

Claims (8)

1. 生体信号を受信する生体信号受信装置を接続するためのコネクタと、
   生体から前記生体信号を検知するための電極と、
   前記コネクタと前記電極とを接続する配線と、
   を有する衣類において、
   前記衣類の生体に接触する面と反対側の面に、前記衣類を構成する布地の少なくとも一部の領域を覆って形成された導電性を有するカバーを有する
   ことを特徴とする衣類。
2. 請求項１に記載の衣類において、
   前記電極が帯電防止機能を有する部材で形成されている領域に形成されている
   ことを特徴とする衣類。
3. 請求項１または２に記載の衣類において、
   前記帯電防止機能を有する部材は、衣類を構成する布地の少なくとも前記一部の領域に形成されている
   ことを特徴とする衣類。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の衣類において、
   前記帯電防止機能を有する部材は、導電性の粒子を含む塗料を塗布した布である
   ことを特徴とする衣類。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の衣類において、
   前記帯電防止機能を有する部材は、導電性を有する樹脂シートである
   ことを特徴とする衣類。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の衣類において、
   前記カバーは、メッシュ状に形成されている
   ことを特徴とする衣類。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の衣類と、
   前記衣類の前記コネクタに接続する前記生体信号受信装置と、
   を備える生体信号測定装置。
8. 衣類に装着するための生体信号検出用部材であって、
   導電性を有する樹脂シートと、
   前記樹脂シートに形成され、生体信号を受信する生体信号受信装置を接続するためのコネクタと、
   前記樹脂シートに形成され、生体から前記生体信号を検知するための電極と、
   前記樹脂シートに形成され、前記コネクタと前記電極とを接続する配線と、
   を有する生体信号検出用部材。

Images