JP4565411B2 - 生体電極とその接続構造 - Google Patents

Description

本発明は、生体の皮膚面へ装着するのに適した生体電極及びその接続構造に関し、特に生体電極に外乱ノイズの混入を防止する生体電極及びその接続構造に関する。

心電計による心電図診断技術は医学および獣医学の両方の分野において急速に発達しつつある。
この心電図を測定するには、生体表面の皮膚に直接心電図情報を測定する生体電極を装着して行う必要がある。
そして、この生体電極としては、生体に生じる電気信号を正確に検出するとともに、測定中に被験者の皮膚表面よりの電気信号を確実に検出するために、生体に確実に装着できるものである必要がある。

従来の心電テレメータ送信機や携帯型心電図記録器（ホルター心電計）に使用される心電図誘導用の生体電極は、一般にマグネット式、ホック式、タブ式などのコネクタ部とリード線とで構成された誘導コードを通して心電増幅器へ入力される。

生体内に発生する生体電気を誘導するのが生体電極であるが、生体電気は微弱であり電極と被測定部との電気的接触状態が、生体から誘導される生体電気信号の安定性に大きな影響を及ぼす。
被測定部と電極との電気的接触状態を表わすインピーダンスは一般に数１０ＫΩ〜数１００ＫΩと高い値である。このインピーダンスが高いと外部からの雑音を受けやすい。
特にホルター心電計においては、被験者は衣類を着用しているため、衣類の摩擦による静電気などの雑音を受けることが避けられない。

従来の生体電極とその接続構造の例を図９を用いて説明する。
図９は、従来の生体電極とその接続構造の基本的な構造を示す模式図である。
図９の左半分は生体電極の断面図であって、上から第１の絶縁層１４１、電極素子層１４４、電解質１４５で、それぞれ柔らかい材料で構成されている。
電解質１４５は生体との接点となる部分であって、粘着性を有する導電材料からなり、生体に装着されて生体信号を取り出して電極素子層１４４を介して外部に取り出される。
また、右半分は生体電極から生体信号を取り出すための挟持クリップの断面図であって、該挟持クリップの本体の上部分１４９及び信号線１５２が内部に形成された下部分１５０間に、信号線端子１４７が形成されている。
上述の構成によって、生体信号は、信号線１５２を介して、図示しない生体信号の測定装置に導かれる。
図９の生体電極とその接続構造では、電極素子層１４４に対するシールドをしていないために、衣類の摩擦による静電気などの雑音を受けることが避けられない。

そして、雑音の影響を排除する生体電極として、図７及び８に示すものが知られている。
（特許文献１参照）
図７はその生体電極の構成を示す平面図、図８はその断面図である。
図中、１０は生体電極部材、２０は生体電極部材の接続部材１４を挟持するタブ式のコネクタ部材、３０はシールド部材である。
生体電極部材１０は、固定基材１１、略電極上部を覆う絶縁部材１２、電極を構成する粘着性の導電ゲル１３、導電ゲル１３よりの検出生体電気をコネクタ部材２０に導出する接続部材１４で構成されている。

固定基材１１は、生体からはがれないように導電ゲル１３の上から生体に固定するために粘着性を持っており、この固定基材１１には導電ゲル１３の上に生体電気を導出するための穴が空いている。
そして、この穴から接続部材１４に生体電気が導出され、コネクタ２０に接続される。 そして絶縁部材１２は、接続部材１４の固定と絶縁のため接続部材１４の上に配設されている。

そして、本例に特有の構成であるシールド部材３０は、生体皮膚表面に粘着する導電ゲル３２、生体接触面に導電層３１の配設されたシート部材３３より構成されている。
そして、シート部材３３は、図に示すように縦長形状であり、コネクタ部材２０の挟持部位を除く導電ゲル１３部分を含む電極主要部を覆っており、更に電極部より先端方向に延出しており、その延出部分に導電層３１と生体表面とを電気的に接続して導電層３１を生体表面電位に維持する導電ゲル３２が設けられている。
登録実用新案公報第３０２０９５３号公報

上記の従来の生体電極のシールド構造では、生体への接地を必要とするため、シールド部材としては本来は電極電解質のみを遮蔽することで十分であるところを、生体電極よりも大きな構造としなければならないという問題がある。
また、生体に接地する方式を採用するため、導電性の粘着ゲルを必要とすると共に、導電性の粘着ゲルと生体（皮膚）との間の接着によるインピーダンスが高い場合には接地効果が低くなって、ノイズの混入を抑えることができないという問題がある。

本発明の課題（目的）は、生体信号を測定する生体電極に外乱ノイズの混入を防止するためのシールド構造を持たせるに際して、生体への装着感を向上させると共に生体電極及びその接続構造をできる限りコンパクトなサイズにして体にフィットした柔らかな材料を用いた生体電極及びその接続構造を提供することにある。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、生体電極と該生体電極から生体信号を取り出す挟持クリップとで構成される接続構造であって、
前記生体電極は、上から第１の絶縁層、シールド層、第２の絶縁層、電極素子層及び電解質の複数層構成であって、前記シールド層は前記電極素子層を覆うように配設されており、該シールド層及び前記電極素子層が重なり合った部分の一部が露出して前記挟持クリップで挟持される挟持部を構成しており、前記挟持クリップの本体は、絶縁物で形成されており、それぞれ相対的に移動可能な上部構造と下部構造とを備え、該下部構造は、前記挟持クリップを前記挟持部に挟持させたとき前記電極素子層に接触する信号線端子と該信号線端子に接続され前記下部構造の内部に配設された信号線とを備えており、前記上部構造は、前記挟持クリップを前記挟持部に挟持させたとき前記シールド層に接触するように配設されたシールド端子を備え、前記挟持クリップを前記生体電極の前記挟持部に挟持させて、前記生体信号線及び前記シールド端子を外部の測定装置に導出することを特徴とする。

また、前記上部構造の前記シールド端子は、前記下部構造の前記信号線端子と前記信号線とを覆うように配設されていることを特徴とする。（請求項２）
また、前記クリップ本体の下部構造には、前記シールド端子に接触する接点を設けると共に、該接点をシールド線の編組に接続し、前記信号線を前記シールド線の芯線に接続して、前記シールド線を外部の測定装置に導出することを特徴とする。（請求項３）
また、前記クリップ本体の上部構造の、前記シールド端子をシールド線の編組に接続し、前記信号線を前記シールド線の芯線に接続し、前記シールド線を外部の測定装置に導出することを特徴とする。（請求項４）
また、前記挟持クリップの本体の上部構造と下部構造とは、支点を介して相対的に回動可能に結合されていることを特徴とする。（請求項５）
また、前記挟持クリップの本体の上部構造と下部構造とは、相対的に水平移動可能に結合されていることを特徴とする。（請求項６）

また、上記の接続構造で使用される生体電極であって、前記生体電極は、柔らかな材料で形成された、上から第１の絶縁層、シールド層、第２の絶縁層、電極素子層及び電解質の複数層構成であり、前記シールド層の挟持クリップで挟持される部分の前記上部の絶縁層が除去されていることを特徴とする。（請求項７）

また、上記の接続構造で使用される生体電極であって、前記生体電極は、柔らかな材料で形成された、上から第１の絶縁層、シールド層及び粘着層からなる第１の部分と、第２の絶縁層、電極素子層及び電解質からなる第２の部分に分割して形成され、前記シールド層の挟持クリップで挟持される部分の前記上部の絶縁層が除去されていることを特徴とする。（請求項８）

本発明の生体電極及びその接続構造では、生体信号を測定する生体電極に外乱ノイズの混入を防止するためのシールド構造を持たせるに際して、生体への装着感を向上させると共に生体電極及びその接続構造をできる限りコンパクトなサイズにして体にフィットさせることができる。

図１〜図６を用いて、本発明の生体電極とその接続構造の説明をする。
なお、いずれの図も模式的に示されており、断面図においては、厚さを他の寸法と比較して大きく描いている。
図１及び図２は、本発明の第１の実施の態様の生体電極とその接続構造の基本的な構造を示す模式図である。
図１は、その断面図であり、図２はその底面図である。
そして、図１の左半分は生体電極の断面図であって、上から第１の絶縁層４１、シールド層４２、第２の絶縁層４３、電極素子層４４、電解質４５で、それぞれ柔らかい材料で形成されている。
電解質４５は生体との接点となる部分であって、粘着性を有する導電材料からなり、生体に装着されて生体信号を取り出して電極素子層４４を介して外部に取り出される。
また、シールド層４２はアルミ箔等の柔らかい導電性材料を用いて、その上下を第１の絶縁層４1及び第２の絶縁層４３に挟まれて、前記電極素子層４４をカバーする構成となっている。
そして、前記シールド層４２の一端は絶縁層４１が除かれ、図１において前記絶縁層４１が除かれているシールド層４２の下部の前記第２の絶縁層４３及び前記電極素子層４４と共に、後述の挟持クリップに挟持される挟持部５５を形成している。

また、図１において、右半分は生体電極から生体信号を取り出すための挟持クリップの断面図であって、該挟持クリップの本体の上部分４９（絶縁物）及び信号線５２が内部に形成された下部分５０（絶縁物）間に、シールド端子４６、信号線端子４７及び接点４８が形成されており、前記シールド端子４６は前記信号線端子４７及び前記信号線５２を覆うように配設されている。
前記信号線５２は、図示しない生体信号の測定装置に接続されるシールド線の芯線に接続され、前記接点４８は前記シールド線の編組５１に接続される。
図１において、前記シールド端子４６の左端と前記信号線端子４７とで前記生体電極の挟持部５５を挟持するように構成されている。
前記挟持クリップで前記生体電極の挟持部５５を挟持した状態で、前記シールド層４２は、前記シールド端子４６を介して前記接点４８に接続され、前記電極素子層４４は、前記信号線端子４７を介して前記信号線５２に接続される。
上述の構成によって、生体信号及びシールド層は、シールド線を介して、図示しない生体信号の測定装置にまとめて導くことができる。
前記シールド線の編組５１は、前記測定装置に接地ラインに接続される。

図１及び２に記載の生体電極とその接続構造によれば、生体信号を測定する生体電極及び挟持クリップに外乱ノイズの混入を防止するためのシールド構造を持たせ、生体への装着感を向上させると共に生体電極及びその接続構造をコンパクトなサイズにして体にフィットした柔らかな材料で形成することができる。

図３は、本発明の第２の実施の態様で挟持クリップの構造を示す図である。
図３は、生体電極から生体信号を取り出すための挟持クリップの断面図であって、図１及び図２に示す第１の実施の態様における、挟持クリップの本体の上部分４９と下部分５０との結合を具体的に示したものである。
図３において、上部分４９及び下部分５０の右端にピン等で支点５４を形成し、上部分４９と下部分５０とが相対的に回動可能に形成され、図示しないバネで上部分４９と下部分５０とが接近する方向に付勢されるように構成されており、それによりシールド端子４６と信号線端子４７とにより生体電極の挟持部を挟みこむと共にシールド端子４６と接点４８とを接触させることができる。
また、図３には示されていないが、生体電極を挟み込んだ状態でロックするロック機構を備えることも可能である。

図４は、本発明の第３の実施の態様であり挟持クリップの別の構造を示す図である。
図４は、生体電極から生体信号を取り出すための挟持クリップの断面図であって、図１及び図２に示す第１の実施の態様における、挟持クリップの本体の上部分４９と下部分５０との結合を具体的に示したものである。
図４において、下部分５０に対して上部分４９はスライド可能に形成されており、上部分を生体電極方向にスライドすることによって生体電極の挟持部を挟み込むことができる。
また、図４でも、図には示されていないが、生体電極を挟み込んだ状態でロックするロック機構を備えることも可能である。

図５は、本発明の第４の実施の態様であり挟持クリップの更に別の構造を示す図である。
図５は、生体電極から生体信号を取り出すための挟持クリップの断面図であって、この挟持クリップは、図１、図３、図４における接点４８を省略して、シールド線の編組５１をシールド端子４６に直接接続する構成となっている。
上述の構成によれば、図１，図３，図４の構成に比較して部品点数を少なくすることができる。

図６は、本発明の第５の実施の態様であり生体電極の別の構造を示す図である。
図６の生体電極は、柔らかな材料で形成された、上から絶縁層４１、シールド層４２及び粘着層５３からなる第１の部分と、絶縁層４３、電極素子層４４及び電解質４５からなる第２の部分に分割して形成され、生体への装着時には第１の部分及び第２の部分が前記粘着層を介して重ねられて使用される。
なお、シールド層の挟持クリップで挟持される挟持部５５の前記上部の絶縁層４１が除去されているのは、図１の場合と同様である。
生体電極を図６に示す如く、第１の部分と第２の部分とに分割して形成することによって、図９に示す如き従来の生体電極に対しても容易にシールドを行うことが可能である。

請求項１〜８に記載の発明では、生体信号を測定する生体電極に外乱ノイズの混入を防止するためのシールド構造を持たせるに際して、生体への装着感を向上させると共に生体電極及びその接続構造をできる限りコンパクトなサイズにして体にフィットさせることができ、産業上の利用可能性は極めて大きい。

本発明の第１の実施の態様の生体電極とその接続構造の断面図である。 本発明の第１の実施の態様の生体電極とその接続構造の底面図である。 本発明の第２の実施の態様で挟持クリップの構造を示す図である。 本発明の第３の実施の態様であり挟持クリップの別の構造を示す図である。 本発明の第４の実施の態様であり挟持クリップの更に別の構造を示す図である。 本発明の第５の実施の態様であり生体電極の別の構造を示す図である。 従来の生体電極の構成を示す平面図である。 従来の生体電極の構成を示す断面図である。 従来の生体電極とその接続構造の基本的な構造を示す図である。

符号の説明

４１ 第１の絶縁層
４２ シールド層
４３ 第２の絶縁層
４４ 電極素子層
４５ 電解質
４６ シールド端子
４７ 信号線端子
４８ 接点
４９ 挟持クリップ本体の上部構造
５０ 挟持クリップ本体の下部構造
５１ シールド線の編組
５２ 信号線
５３ 粘着層
５４ 支点
５５ 挟持部

Claims (8)

1. 生体電極と該生体電極から生体信号を取り出す挟持クリップとで構成される接続構造であって、
   前記生体電極は、上から第１の絶縁層、シールド層、第２の絶縁層、電極素子層及び電解質の複数層構成であって、前記シールド層は前記電極素子層を覆うように配設されており、該シールド層及び前記電極素子層が重なり合った部分の一部が露出して前記挟持クリップで挟持される挟持部を構成しており、
   前記挟持クリップの本体は、絶縁物で形成されており、それぞれ相対的に移動可能な上部構造と下部構造とを備え、該下部構造は、前記挟持クリップを前記挟持部に挟持させたとき前記電極素子層に接触する信号線端子と該信号線端子に接続され前記下部構造の内部に配設された信号線とを備えており、前記上部構造は、前記挟持クリップを前記挟持部に挟持させたとき前記シールド層に接触するように配設されたシールド端子を備え、
   前記挟持クリップを前記生体電極の前記挟持部に挟持させて、前記生体信号線及び前記シールド端子を外部の測定装置に導出することを特徴とする接続構造。
2. 前記上部構造の前記シールド端子は、前記下部構造の前記信号線端子と前記信号線とを覆うように配設されていることを特徴とする請求項１に記載の接続構造。
3. 前記クリップ本体の下部構造には、前記シールド端子に接触する接点を設けると共に、該接点をシールド線の編組に接続し、前記信号線を前記シールド線の芯線に接続して、前記シールド線を外部の測定装置に導出することを特徴とする請求項１または２に記載の接続構造。
4. 前記クリップ本体の上部構造の、前記シールド端子をシールド線の編組に接続し、前記信号線を前記シールド線の芯線に接続し、前記シールド線を外部の測定装置に導出することを特徴とする請求項１または２に記載の接続構造。
5. 前記挟持クリップの本体の上部構造と下部構造とは、支点を介して相対的に回動可能に結合されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の接続構造。
6. 前記挟持クリップの本体の上部構造と下部構造とは、相対的に水平移動可能に結合されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の接続構造。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の接続構造で使用される生体電極であって、
   前記生体電極は、柔らかな材料で形成された、上から第１の絶縁層、シールド層、第２の絶縁層、電極素子層及び電解質の複数層構成であり、
   前記シールド層の挟持クリップで挟持される部分の前記上部の絶縁層が除去されていることを特徴とする生体電極。
8. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の接続構造で使用される生体電極であって、
   前記生体電極は、柔らかな材料で形成された、上から第１の絶縁層、シールド層及び粘着層からなる第１の部分と、第２の絶縁層、電極素子層及び電解質からなる第２の部分に分割して形成され、
   前記シールド層の挟持クリップで挟持される部分の前記上部の絶縁層が除去されていることを特徴とする生体電極。

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