JP3927495B2 - 温度センサーを内蔵する皮膚用パッチ材 - Google Patents

Description

発明の背景

発明の背景
本発明は、テレセンサーを内蔵する皮膚用パッチ材に関するが、特には温度センサーを内蔵する皮膚用パッチ材に関する。

ここに使用される用語「テレセンサー」は、少し離れて生理的パラメータをモニター可能にする機器を意味し、用語「温度センサー」は生理的量が体温であるテレセンサーを意味する。温度センサーは、その動作が実質的に素子温度に依存している素子を有するが、その素子は素子温度に由来する信号を発する。

皮膚用パッチ材は、いくつかの目的のために提案されてきた。一つのタイプの皮膚用パッチ材は、吸収パッドで少量の汗を集めるために使用されてきた。検出期間終了後、パッチ材は目的の皮膚から取り除かれ、そして、吸収パッドから汗が回収される。その汗の分析により、各種の化学物質の存在とその量が決定される。例えば、米国特許第４，３２９，９９９号（フィリップス）には、薬物又はアルコール検出用の皮膚用パッチ材が記載されている。吸収パッドの代わりに、化学的に活性のストリップが用いられた皮膚用パッチ材も提案されてきた。このストリップは関連する特定の化学物質に反応する。例えば、米国特許第４，４４４，１９３号（フォッグ他）は、汗の中の塩化物に反応する化学的に処理された吸収紙の２つの同心円反応領域が嚢胞性線維炎の存在を示すために使用される皮膚用パッチ材を開示している。米国特許第４，７３２，１５３号（フィリップス）は、木炭のような活性媒体を有する皮膚用パッチ材を開示しているが、それは汗を閉じこめて検出期間の間それを保持する。検出期間経過後、活性媒体が再生され、そして、関連する化学物質の存在とその量のための分析がなされる。異なる種類の化学物質の収集と検出のために、それぞれが異なる活性媒体を含んでいる複数の試験領域を有する皮膚用パッチ材も提案されてきた。

皮膚に貼付して化学物質を管理する皮膚用パッチ材も提案されてきた。苦痛除去のための薬物治療及びホルモン治療及び他の補充治療のための薬物治療を管理するための皮膚用パッチ材が開発されてきた。

発明の要約

発明の要約
本発明に関連して、第１の材料層であって対向する第１と第２の主要面を有し、その第１の主要面が皮膚適用可能な接着剤のコーティング層を有するものと、第２の材料層であって対向する第１と第２の主要面を有し、該第２の材料層の第１の主要面が第１の材料層の第２の主要面と対峙する関係を有するものと、感知した生理的パラメータを表す信号を発するテレセンサーであって、前記第１と第２の材料層に挟まれたものとを具備する皮膚用パッチ材が提供される。

好適な実施の形態の説明

好適な実施の形態の説明
図１乃至図３に示された皮膚用パッチ材は、２つの集積回路チップ２，４と、チップ２の電源端子に接続された２つのボタン型電池６と、チップ２の出力端子に接続されたアンテナ８を具備する。集積回路チップ４はサーミスタ１２（図３図示）といくつかの受動素子（図示しない）に接続される。このサーミスタ１２の電気抵抗は、ほとんどその温度に依存している。

ボタン電池６は小型且つ比較的に薄型であり、通常補聴器に使用されている型のものである。集積回路チップ２，４とそれに関連する構成部品、更にボタン型電池６とアンテナ８は、温度センサーを構成する。この温度センサーは、アクティブであるときには、周期的にサーミスタの温度を計測し、そして、ＲＦリンクを経由して、その計測情報を送信する。受信ユニットは、その送信を受信してその温度を導き出す。

集積回路チップ２，４とボタン型電池６とアンテナ８は、センサーの他の全ての電機部品と同様に、電気的に絶縁されている可撓性回路基板１４に取り付けられている。この可撓性回路基板には、その下面に接着剤コーティング層１６が設けられている。紙製の剥離可能な保護層２０が、接着剤コーティング層１６に貼着される。皮膚用パッチ材は、更に、温度センサーを覆う断熱材製の一番上の外側保護層２２を有し、それは可撓性回路基板１４の周辺部の余白部分に接着接合される。

皮膚用パッチ材の使用時、紙の層２０が剥離されて、接着剤コーティング層１６を露呈し、パッチ材が検体の皮膚に貼付される。サーミスタの温度は検体の皮膚温度と平衡がとれている。温度センサーは、アクティブであれば、サーミスタの温度を計測しその温度情報を送信する。

皮膚用パッチ材が検体に対して生理的適合性を有するようにするためには、接着剤コーティング層の材料は、容認できない反応を引き起こさずに、長時間、例えば、４、５日間、皮膚に接触したままにすることができるものにすべきである。

通常の活動レベルでは、毎２４時間に対して約４２５ｇ／ｍ²の水蒸気透過度（ＭＶＴＲ）で人体の皮膚を通して水分が蒸散する。激しい運動は高いＭＶＴＲを提供するが、一方、より静かな振る舞いは低いＭＶＴＲに帰結する。人体の皮膚から発散する水分は、残念ながら、皮膚用パッチ材の電機部品、即ち、集積回路チップと電池とアンテナに悪影響を及ぼすことがあり、したがって、そのような水蒸気への露呈からこれらの部品を保護することが望ましい。一般に、可撓性回路基板は極低ＭＶＴＲ容量を有しており、可撓性回路基板に穴が開いていない限り、水蒸気は基板に浸透せず電気部品に影響するものではない。しかし、水分が皮膚に接触して捕捉されることは望ましくなく、皮膚用パッチ材は、通常の活動においては少なくとも十分なＭＶＴＲ容量を提供するものでなくてはならない。この要件は、皮膚用パッチ材の各層が毎２４時間に対して少なくとも４２５ｇ／ｍ²のＭＶＴＲ容量を有することを必要とする。さらに、それに加えて、上位層が水蒸気への露呈に抗するものでなければならない。多くの商業上入手可能な材料が十分なＭＶＴＲ容量を有しており、耐水性を有している。

図１に関連して、パッチ材は十分に大きく電気部品は明らかに小さく、可撓性回路基板１４の面積のほとんどの部分は、電気部品によって占有されてはいない。基板を挿通するいくつかの挿通孔２４が水分を基板通過させる。この挿通孔２４はより敏感な電気部品から離すようにしてもよい。

基板の挿通孔２４を通過して上部層２２に入った水分は、上部層全体に浸透する傾向がある。ポリウレタン又はエポキシ材料の絶縁保護コーティング層２８が電気部品を覆って提供され、それらの電気部品を前記上部層に存在する水分に基づく腐食や湿気の影響から保護する。

図３に関連して、集積回路チップ４は、タイマー３２を組み込んでおり、そして、そのタイマー３２とサーミスタ１２と受動素子が無安定マルチバイブレータ３０を構築する。無安定マルチバイブレータ３０は、サーミスタ１２の抵抗に依存する動作周期を有する矩形波の形状の周期的出力信号を生成する。マルチバイブレータ３０の出力信号は、集積回路チップ２に組み込まれたマイクロコントローラ３４に供給される。このマイクロコントローラはカウンター３６を内蔵し、それは発振器３８によって生成されるクロック信号を用いて、マルチバイブレータの出力信号が論理ハイ状態にあるときの該出力信号の各サイクルの時間の長さとマルチバイブレータの出力信号が論理ロー状態にあるときの該出力信号の各サイクルの時間の長さを測定し、そして、それらの時間の比を計算する。出力信号の動作周期がサーミスタ１２の温度に依存するので、この比もサーミスタの温度に依存する。この比は、デジタル伝送パケットの一構成部分としてエンコーダ４０によってコード化される。このエンコーダは、デジタル伝送パケットをチップ２に組み込まれている無線送信機４２に供給し、そのデジタル伝送パケットを使用して搬送波を変調し、そして、変調された搬送波が信号を放射するためにアンテナ８をドライブする。

皮膚用パッチ材は受信ユニット（図示しない）と共に使用されるが、該受信ユニットは、送信アンテナ８によって放射された信号を受信するアンテナと、受信した信号を増幅する増幅器と、受信した信号をデコード化して前記比の値を取り出し、そして、その比の値に基づいて温度を計算するマイクロコントローラと、計算された温度の値を記憶するメモリと、計算された温度値を表示するための読み出し装置を有する。

皮膚用パッチ材の保存期間と動作寿命を長くするために、マイクロコントローラはマルチバイブレータ３０と送信機４２への電力供給を制御する。マイクロコントローラ３４は、更に、低電力スリープモード及びサスペンドモードを用いて、それ自身の電力消費も制御する。

マイクロコントローラ３４は、特別の信号シーケンスを接触パッド５４に加えることによって、先ず起動されてその通常のアクティブモードに入るが、その接触パッド５４は紙層上に露呈しており、可撓性回路基板と該紙層２０を通過するバイアを介してマイクロコントローラに接続されている。前記通常のモードにおいて、マルチバイブレータと送信機には電力供給される。マイクロコントローラが起動されたとき、それは周期的にサスペンドモードに戻り、そして、そこから抜ける。マイクロコントローラのサスペンドモードにおいては、マルチバイブレータと送信機には電力供給されない。

皮膚用パッチ材が最初に組み立てられたとき、マイクロコントローラが補償モードに入り、そして、低電力スリープモードに入る。そのスリープモードにおいて、マルチバイブレータと送信機には電力供給されない。その時点から皮膚用パッチ材が起動するまで、消費される電力は、スリープモードでマイクロコントローラを維持するために必要な電力だけである。デバイスを使用状態におくべき時には、受信ユニットに組み込むこともできる起動回路が目覚まし信号シーケンスを接触パッド５４に加える。マイクロコントローラによって適切な目覚まし信号シーケンスが検出されたときには、マイクロコントローラは通常の動作モードに入り、そのモードにおいて、それはマルチバイブレータと送信機に温度測定のための動作電流を供給し、そして、温度情報を送信する。アクティブモードがスタンバイモードに交代して、測定や送信しないときには電力を保存する。

マイクロコントローラが適切な目覚まし信号シーケンスを検出したときには、それは、また、サーミスタによって感知された場合、温度測定のためにマルチバイブレータと送信機に電力供給し、更に、温度センサーに対する固有の識別子を含む測定データの短い繰り返しシーケンスを送信する。アンテナ８を用いて送信されたこのデータは、受信ユニットによってインタープリタされ、起動がうまく達成されたこと示す指標を利用者に提供する。利用者は、そして、起動回路と皮膚用パッチ材の接続を切断する。紙層はその後剥離され、それによって接触パッド５４も取り除かれ、マイクロコントローラの起動端子にアクセスできないようにする。パッチ材は、検体の皮膚に貼着可能となる。

測定及び識別データを伝送した後で、マイクロコントローラはマルチバイブレータと送信機４２に対する電力供給を遮断し、スタンバイモードに入る。このスタンバイモードにおいて、マイクロコントローラ内のタイマー５８はタイムキープ機能を続行し、所定の期間経過後、マイクロコントローラを起こしてアクティブモードに入れる。マイクロコントローラは適切なときに諸回路を起動し、そして、前記比の測定とコード化されたデータの送信に関して、上記各動作を実行する。そして、マイクロコントローラは電力遮断をしてスタンバイモードに入り前記のサイクルを繰り返す。

更に、温度センサーの作動に関する詳細は、２００１年１２月１２日に出願された同時継続中の米国特許出願第１０／０１７，０９８号に開示されており、その全ての開示事項はあらゆる目的のために引用によりここに組み入れられる。

図４は、図１乃至図３に関連して説明された皮膚用パッチ材の改作を図示している。図４に関連して、可撓性回路基板の下面には、生理的に適合性のある接着材料コーティング層が提供されていない。この皮膚用パッチ材は、可撓性回路基板１４の下面に接着接合された別の層６０を有し、接着剤コーティング層１６がその層６０の下面に提供される。この層６０は、毎２４時間に少なくとも４２５ｇ／ｍ²のＭＶＴＲ容量を有する材料でできている。

本発明はここに説明してきた特定実施の形態に制限されるものではないし、添付の特許請求の範囲において請求された本発明とその均等物から逸脱することなく各種の改作がなされ得ることは明らかである。例えば、一つの別の実施の形態においては、電気的に代えて光学的に起動ユニットから目覚まし信号シーケンスを送信することによって、マイクロコントローラが起動される。更に、温度センサー内に十分なメモリを提供して数日間に亘る温度測定を記憶することもできるが、その場合には、記憶されたデータは測定期間経過後に取り出され、そして、温度センサーに送信機やアンテナを内蔵することはおそらく不必要になるかも知れない。本発明は温度センサーに関連して説明されてきたが、本発明は他のテレセンサー、例えば、心拍数や心拍間間隔（heart rate interbeat interval）やセンサー位置における活動レベルを含む、四肢活動レベルや血中酸素濃度を表す信号を発するテレセンサーについても応用できる。文脈に他の場合が示されていない限り、請求の範囲においてなされた素子の例の数の言及は、一の例、若しくは、それ以上の例について言及されたものであったとしても、少なくとも記述された素子の例の数を必要とするが、そのことは記述された以上のその素子の例の数を有する構造又は方法を請求の範囲から排除することを意図するものではない。

本発明のよりよき理解のために、そして、同じものがどのようにしたら有効に実施できるかを示すために、例示目的で添付の以下の図面に対して言及する。
本発明の第１の皮膚用パッチ材の平面図である。テレセンサーが温度センサーであり、図１は、被覆層が取り除かれた状態のパッチ材を示しており温度センサーの各構成部品のレイアウトを図示している。 図１の皮膚用パッチ材の略式断面図である。 図１の皮膚用パッチ材に内蔵された温度センサーのブロック略図である。 本発明に関する第２の皮膚用パッチ材の略式断面図である。

Claims (14)

1. 皮膚用パッチ材であって、
   第１と第２の主要面を有する第１の材料層であって、その第１の主要面が皮膚適用可能な接着剤のコーティング層を有するものと、
   第１と第２の主要面を有する第２の材料層であって、その第２の材料層の第１の主要面が前記第１の材料層の第２の主要面と対峙する関係を有し、前記第２の材料層がその第１の面において水蒸気を透過するが、その第２の面においては水滴を透過しない材料製であるものと、
   感知した生理的パラメータを表す信号を発するテレセンサーであって、前記第１と第２の材料層の間に挟まれたものとを具備する皮膚用パッチ材。
2. 前記第１の材料層が電気的に絶縁された材料製の可撓性回路基板であり、前記テレセンサーがその可撓性基材に取り付けられていることを特徴とする前記請求項１に記載の皮膚用パッチ材。
3. 挿通孔が前記テレセンサーから離間した状態で、前記可撓性回路基板が形成されることを特徴とする前記請求項２に記載の皮膚用パッチ材。
4. 前記テレセンサーが、前記可撓性回路基板に取り付けられた少なくとも一つの電機部品を有し、前記挿通孔がその電機部品とから離れていることを特徴とする前記請求項３に記載の皮膚用パッチ材。
5. 前記テレセンサーがサーミスタを組み込んだ無安定マルチバイブレータを内蔵する温度センサーであって、該サーミスタの温度に依存する動作期間を有する矩形波の出力信号を前記無安定マルチバイブレータが生成し、更に、前記温度センサーが、マルチバイブレータの出力信号を受信して前記温度信号を生成するマイクロコントローラを具備することを特徴とする前記請求項１に記載の皮膚用パッチ材。
6. 前記温度センサーが、更に、温度信号を受信し搬送波信号を前記温度信号によってコード化するために、マイクロコントローラに接続した無線送信機と、該コード化された搬送波信号を放射するアンテナを有することを特徴とする前記請求項５に記載の皮膚用パッチ材。
7. 前記温度センサーが、情報を特定すると共に前記搬送波をコード化するための手段を有することを特徴とする前記請求項６に記載の皮膚用パッチ材。
8. 第１と第２の互いに対向する主要面を有する可撓性回路基板であって、該可撓性回路基板の第１の主要面が前記第１の層の第２の主要面と対峙する関係にあり、更に、前記可撓性回路基板の第２の主要面が前記第２の層の第１の主要面と対峙する関係にあるものを有し、前記テレセンサーが前記可撓性回路基板にその第２の主要面において取り付けられていることを特徴とする前記請求項１に記載の皮膚用パッチ材。
9. 前記第２の層が前記テレセンサーを覆う絶縁保護膜であることを特徴とする前記請求項１に記載の皮膚用パッチ材。
10. 更に、テレセンサーを覆う電気的に絶縁性を有し且つ透水性を有さない材料の絶縁保護膜を有することを特徴とする前記請求項１に記載の皮膚用パッチ材。
11. テレセンサーが温度センサーであって、前記第２の層が断熱材料製であることを特徴とする前記請求項１に記載の皮膚用パッチ材。
12. 前記第１の層がその第１の面に存在する水蒸気を透過する材料製であるが、前記第２の層はその第１の面においては水蒸気を透過するがその第２の面において水滴を透過しない材料製であることを特徴とする前記請求項１に記載の皮膚用パッチ材。
13. 第１と第２の主要面を有する支持層であって、その第１の主要面が皮膚適用可能な接着剤のコーティング層を有するものと、
    生理的パラメータを感知し、その生理的パラメータを表す信号を発生するセンサー部材であって、前記第２の主要面において前記支持層に取り付けられているものと、
    第１と第２の主要面を有する材料層であって、その材料層の第１の主要面が前記支持層の第２の主要面と対峙する関係を有し、前記材料層がその第１の面において水蒸気を透過するが、その第２の面においては水滴を透過しない材料製であるものと、
    前記センサー部材によって発生された信号を測定して、その信号測定を表す値を格納するデータ格納部材と、
    該格納された値を取り出す出力手段とを具備する生理的データを取得する装置。
14. センサー部材によって発生された信号が、測定期間中に、時間関数としての生理的パラメータの計算を表し、そして、前記データ格納部材が測定期間中に前記センサー部材によって発生された信号を測定することを特徴とする前記請求項１３に記載の装置。

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