JP4430946B2 - 突起をもつ電極を有するモニタリングシステム - Google Patents

Description

本発明は、レシピエント(recipient，受容者)の皮膚と接触させられる作用面をもつ一組の電極を有する、このレシピエントの生理的活動をモニタするためのモニタリングシステムに関する。

本発明は、更に、本発明によるモニタリングシステムに用いられる電極に関する。

モニタリングシステムは、米国特許第４，０８２，０８７号明細書から知られている。このようなモニタリングシステムは、心拍数をモニタする。この知られているシステムに利用される電極は、患者の皮膚に位置付けられるべき電極アセンブリに設けられる。この電極アセンブリは、複数の電極を収容する非導電性のエンベロープを有する。知られているシステムでは、電極と患者の皮膚との間の電気的接触を改善するために、導電性のゼリーが、電極の作用面と対応する患者の皮膚領域との間に塗布される。更に、複数の突起が、アセンブリの電極間の領域における非導電性のエンベロープの表面に設けられる。この技術的な方策は、電極の作用面に導電性のゼリーをより良好に局在化させるために用いられ、それゆえ、電極の望ましくない電気的な相互接続を引き起こす、電極の上の領域からのゼリーの漏れを防止する。

知られているモニタリングシステムは、アセンブリが良好に機能するために、導電性のゼリーの漏れを防止するべき追加の技術的な方策が取られなければならないという欠点をもつ。この他に、知られているモニタリングシステムは、動作状態の電極アセンブリが患者の皮膚に対して移動可能であることにより、信頼性があまり高くない。

本発明の目的は、電極が患者の皮膚とほぼ一定の接触をもつ、信頼性が高いモニタリングシステムを供給することにある。

本発明によるモニタリングシステムは、各電極が、レシピエントの皮膚とのほぼ一定の位置での接触を可能にするように、突起を示す作用面を備える導電性の弾性材料体を有することを特徴とする。本発明による技術的な方策は、電極が弾性材料から製造されることにより、これらの電極は、導電性ゼリーを使用することなく、患者の皮膚に直接つけられ（装着され）得るという利点をもつ。このような電極は、ドライ電極と称されることが多い。この他に、電極の作用面に設けられる突起は、弾性材料の使用により、２つの方向にある程度の弾力性を示し、皮膚とのより良好な機械的な接触を可能にする。電極体がわずかに動く状況でさえ、電極材料の弾力性のため、突起の先端は同じ位置にとどまる。更に、好ましくは小さな断面をもつ突起のみが皮膚と直接接触するため、患者の皮膚刺激が低減される。

本発明によるモニタリングシステムのある実施形態は、突起が、それぞれの間に間隔をもって作用面上にほぼ均一に分布されるパターンで設けられることを特徴とする。この技術的な方策により、電極体は、より良好に且つ均一に分布される機械的な支持を備える。

本発明によるモニタリングシステムの他の実施形態は、突起が金属粒子を有することを特徴とする。この技術的な方策により、電極材料のより良好な導電性が確実にされる。一般に、この目的のためには毒性のない金属が適している。銀（Ａｇ）が皮膚と良好に接触することが分かっているので、好ましくは、銀(Ａｇ)が使用される。この他に、突起の表面に金属コーティングを施すことも可能である。

このモニタリングシステムの更に他の実施形態は、電極体が、絶縁材料の２つの層の間にはさまれ、突起の先端が、絶縁層の本体を越えて延びることを特徴とする。この技術的な方策によって、得られる電極構造は機械的な破壊から保護され、全体としてこのシステムの耐久性を増す。

本発明によるモニタリングシステムの更に他の実施形態は、このシステムが心停止モニタリングシステムであることを特徴とする。上記に示されたタイプのモニタリングシステムは、さまざまなアプリケーションに利用され得るけれども、心臓モニタリングのアプリケーションに特に適している。これは、このアプリケーションにおいては、患者がこのモニタリングシステムを継続的に装着することを要求されるからである。この要求は、電極が患者に不快感を与えない場合、特に、皮膚刺激を与えない場合に限り、容易に満たされる。本発明によるモニタリングシステムは、継続的なモニタリングの目的に適した電極を提供する。

本発明によるモニタリングシステムの更に他の実施形態は、電極が、着用できるガーメント（衣類）の布地をベースにした弾性ベルトに取り付けられることを特徴とする。必要な電極がガーメントのベルトに組み込まれることは、このようなモニタリングシステムの利便性（ユーザフレンドリネス）に寄与する。信頼性が高い動作のためには、ドライ電極が若干の圧力をかけて皮膚に取り付けられなければならない。より高い圧力がかかると、動きアーチファクトが低減され、電極と皮膚との間のインピーダンスが減少する。これら両方の特徴により、このシステムの信頼性が改善される。但し、圧力はベルトの弾性によって生じるものである。体の周径に対してより短いベルトの長さは、印加される圧力を高めるが、ユーザの不快感につながる。突起をもつ電極は、ベルトの長さを縮めることなく、それゆえ、ユーザの快適さに変更を加えることなく、突起と皮膚との間により高い圧力を生じる。

その他に、このようなシステムは水洗い可能にされることが可能であり、このことは、更に、患者の快適さに寄与する。電極が弾性ベルトに組み込まれることにより、堅固な電極の取り付けが可能にされ、患者の皮膚に対する電極の固定の位置をもたらし、それゆえ、モニタリングシステムによって実施される測定の動きアーチファクトを更に最小化する。

本発明のこれら及び他の態様が、図面を参照して説明されるであろう。

図１は、モニタリングシステム１の概略図を示す。患者１０は、一組のセンサ２を供給され、各々のセンサが本発明による電極を有している。この電極の構造が、図２を参照してより詳細に説明される。一組のセンサ２は、望ましい生理的信号を得るために患者の皮膚の上に位置付けられる。例えば、このようなモニタリングシステムは、心臓の活動、呼吸、血圧、筋活動（myoactivity）、脳波（ＥＥＧ）などの測定を実施することができる。電極（図示せず）を有するセンサ２は、ＳＡＤ（storage and analysis device，保存及び解析装置）４に電気的に接続されている。このＳＡＤは、得られた生理的データを解釈するために、一次データ解析を実施し得るか、又は中間データ収集ステーションとしての機能を果たし得る。前者の場合、異常検出時には、例えば、アラームのような制御信号が、リモートステーション６に送信されることができる。後者の場合、データはリモートステーションでの解析用に送信される。膨大なデータがさまざまな異なる目的のために解析されるべきである状況において、後者の場合は有利であり得る。

図２は、本発明によるモニタリングシステムに用いられるべき電極の作用面に関する概略図を示す。図２ａでは、電極体１８が作用面２０を有し、この作用面２０が患者の皮膚と接触されるべき複数の突起２２を備えることが示されている。作用面２０のこのような構成のため、患者との接触に至らされる電極の実際の表面領域は、低減されると共に、ほぼ全領域にわたって空間的に分布される。このような構成においては、電極を患者の皮膚と一定に接触させ続けるには、非常に低い圧力が印加されれば十分であることが分かっている。電極体１８が弾性材料から製造されることにより、突起２２は２つの方向にある程度の弾力性を示し、この弾力性が図２ｂにおいて矢印によって概略的に示されている。このことは、電極体１８が患者の皮膚に対して小さい並進運動（translation）を示す場合でさえ、突起２２の先端がほぼ同じ位置にとどまり、それゆえ、動きアーチファクトを低減することを確実にする。突起と患者の皮膚との電気的接触を改善するために、突起は、金属粒子を備えることができるか、又は金属層で完全に覆われ得る。この場合、銀（Ag）が良好な皮膚接触を可能にすることが分かっているので、銀（Ag）の使用が好ましい。突起の最適なサイズは、特定のアプリケーションに依存しており、電極が患者により着用されなければならない時間の増加に伴って、当該サイズは縮小することに留意されなければならない。更に、電極の下の領域からたまった汗を取り除くために、突起２２間の領域において電極体１８に孔を設けることも可能である。

図３は、電極体１８が絶縁体２５の層の間にはさまれる場合の電極構造の概略図を示す。患者の皮膚の表面は、符号２７により概略的に示されている。この構造は、電極が永続的に装着されるべき場合に有利であることが分かっている。絶縁体の層は、機械的な保護層としての機能を果たし、全体としてモニタリングシステムの信頼性を増す。図３に示されるアセンブリは、予め作られた突起（球体、柱体又は円錐体）を導電性の弾性材料の層に押し込むことによって簡単に製造され得る。このような材料の一実施例は、それ自体が知られている導電性ゴムである。その場合、突起の先端のみが絶縁層２５を突き出るように、結果的に得られる電極体はプラスチックで覆われ得る。この場合、金属粒子の挿入により突起を作ること又は金属層で覆われる突起を作ることも可能である。この技術的な方策は、サブミリメートル(１ｍｍ以下)のサイズをもつ突起が利用される場合に有利である。上記に説明された電極構造の全ては、これらが継続的なモニタリング目的のために着用可能なガーメントに容易に組み込まれ得るという利点を有する。このようなガーメントの一実施例は、弾性ベルトであり、このベルトは電極に追加の表面の圧力をもたらし、更に、測定値の良好な信号対雑音比を可能にする。

図４は、弾性ベルト３２に取り付けられる電極３０を有するガーメントをベースにしたモニタリングシステムの概略図を示す。電極３０の作用面は、符号３７により示されている。この弾性ベルトは、例えば、下着スリップ又はブラジャーなどのガーメントにも組み込まれることができる。電極材料は、例えば、導電性グラファイトとシリコンゲルとの混合物から製造され得る。例えば、導電性ゴムのような他の適切な材料が、電極を製造するのに使用されることもできる。このような電極は、接着若しくはニッティングによって、又はモールディング処理を適用することによって、ベルトの材料と一体化され得る。更に、電極が位置付けられるべき領域に切取部（cut-away）を有するように、弾性ベルトが事前処理されることも可能である。図４に示されるように、電極の一部３４は弾性ベルト３２のこのような切取部に置かれ、電極３０の別の部分３３は弾性ベルト３２と接合される。電極体３０の外側は、電極３０のバックサイド面３５でモールド（図示せず）によって覆われ得る。電極３０への電気的接続は、符号４０により概略的に示されるワイヤによって実現される。このワイヤ４０は、モニタリングシステムにおける他の電極と、（オプションの）モニタセンサと、上記ベルトに取り付けられるＳＡＤ（図示せず）とにつながる。それゆえ、廉価であり、耐久性が高く、及び信頼性が高い着用できるモニタリングシステムが、本発明の方法を用いて容易に実現され得る。

モニタリングシステムの一実施形態の概略図を示す。 モニタリングシステムに用いられるべき電極の作用面の構造の一実施形態の概略図を示す。 モニタリングシステムに用いられるべき電極の作用面の構造の一実施形態の概略図を示す。 電極体が絶縁体の層の間にはさまれる場合の電極の構造の一実施形態の概略図を示す。 着用できるガーメントに組み込まれる電極の一実施形態の概略図を示す。

Claims (7)

1. レシピエントの皮膚と直接接触させられる作用面をもつ一組の電極を有する、前記レシピエントの生理的活動をモニタするためのモニタリングシステムであって、
   各電極は、導電性の弾性材料体を有し、前記導電性の弾性材料体は、レシピエントの皮膚とほぼ一定の位置での接触を可能にするように複数の突起を示す前記作用面を備え、
   前記導電性の弾性材料体の層が、絶縁材料の２つの層の間にはさまれ、前記複数の突起の各先端が、前記２つの絶縁材料層の間にはさまれた前記導電性の弾性材料体の層から、前記絶縁材料層の一方の本体を突き出て延びることを特徴とするシステム。
2. 前記突起が、それぞれの間に間隔をもって前記作用面上にほぼ均一に分布されるパターンで設けられることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
3. 前記突起が金属粒子を有することを特徴とする、請求項２に記載のシステム。
4. 前記突起は、前記電極がレシピエントの皮膚に対して小さい並進運動を示す場合でも、レシピエントの皮膚に対してほぼ一定の位置にとどまるように、並進方向を含む２方向にある程度の弾力性を有する、請求項１乃至３の何れか１項に記載のシステム。
5. 前記システムが、心停止モニタリングシステムであることを特徴とする、請求項１乃至４の何れか１項に記載のシステム。
6. 前記電極が、着用できるガーメントの布地をベースにした弾性ベルトに取り付けられることを特徴とする、請求項１乃至５の何れか１項に記載のシステム。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載のモニタリングシステムに用いられる電極であって、
   前記電極は、レシピエントの皮膚と直接接触させられる作用面をもち、
   各電極は、導電性の弾性材料体を有し、前記導電性の弾性材料体は、レシピエントの皮膚とほぼ一定の位置での接触を可能にするように複数の突起を示す前記作用面を備え、
   前記導電性の弾性材料体の層が、絶縁材料の２つの層の間にはさまれ、前記複数の突起の各先端が、前記２つの絶縁材料層の間にはさまれた前記導電性の弾性材料体の層から、前記絶縁材料層の一方の本体を突き出て延びる、電極。

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