JP5707504B2

JP5707504B2 - 生理学的信号を取得するためのセンサー

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Publication number: JP5707504B2
Application number: JP2013539248A
Authority: JP
Inventors: バーバー、オーガスティンマシィア; ファン、ダニエルロルカ
Original assignee: スマートソリュションズテクノロジーズ，エス．エル．
Priority date: 2010-11-17
Filing date: 2011-11-16
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2031-11-16
Also published as: JP2014500077A; HRP20150670T1; PL2640262T3; IL226392A; US20170188949A1; US10987052B2; KR20140014084A; ES2541629T3; EP2640262A1; US11744516B2; SG190304A1; AU2011331147A1; PT2640262E; SI2640262T1; CN103379851B; AU2011331147B2; US9629584B2; IL226392A0; US20210212635A1; NZ610559A

Description

本発明は、生理学的信号を取得するためのセンサーと、それらのセンサーからなるデバイスと、それらのデバイスからなる衣服に関する。

電極からなるセンサーは、臨床状態の評価において、例えば心臓の状態の監視において、広範に使用される。電極は、人体の皮膚に接触して置かれ、結果として得られる電気的な生理学的信号が検査される。

それでも、信号の安定性、ノイズおよび感度は、異なる理由によって影響を受けることができ、運動と信号の長期的取得が最も顕著な２つである。

電極接触ノイズまたは動きノイズのようなノイズの異なるタイプによって最も影響を受ける生理学的信号の１つは、心電図（ＥＣＧ）信号である。ＥＣＧは長期的分析であり、良好な信号を取得するためには、信号のパラメータが安定であることが決定的に重要である。

ＥＣＧが長期的分析であるので、日常的な生活においてこのタイプの生理学的信号を監視するには、ＥＣＧセンサーを含んだ衣服が本質的に重要である。

最新の技術では、織物材料中に一体化されたセンサーをもった衣服が知られている。衣服中に一体化されるべきセンサーは、最小侵襲的で、柔軟で、動きにおいても含めて人体にとって快適で、心地良く、繰り返しの洗濯に対して耐性があるシステムでなければならない。

織物材料センサーにおける現行の最新の技術は、異なる欠陥を提示する。

ｉ）皮膚への低い接着。皮膚と電極の間の各相対的な運動は、信号における変化を引き起こす。この制限は、物理的活動中の電極の使用の文脈において非常に顕著である。

ｉｉ）信号変化。これらは、導電性繊維の動きと皺の存在によって作り出される。

ｉｉｉ）時間での信号品質の減少。いくつかのセンサーでは、皮膚接触を確かなものとするために、水またはグリースのような液体が接触層と皮膚の間で使われることができる。乾燥した環境では、皮膚の水分レベルを一定に保つことが可能ではなく、接触層の導電性が減少する。

出願人がPolar Electro, OY.である特許出願EP1361819は、導電性繊維を含んだ接触層と、接触層の上に水分を保持するための水分層からなるセンサーを記載している。水分層は、水分および電解物のような皮膚からの分泌産物を保持する。これは、皮膚と接触層の間の接触を強化し接触層の導電性を増加するが、皮膚中および衣服内部の湿度が増加するので衣服の心地良さはマイナーである。

特許出願EP2072009は、衣服の内側上にありユーザの皮膚と接触するように配置された電極と、衣服と電極の間に設けられた弾力的で圧縮可能な充填材からなる、衣服中に一体化された少なくとも１つの心電図センサーからなる衣服を記載している。弾力的で圧縮可能な充填材は、衣服が動く時に電極をその場に保持する。弾力的で圧縮可能な充填材は、ユーザにとって不快であり得る。

特許出願US20100234715は、生理学的信号を測定するための衣服を記載している。衣服は、皮膚と接触するために衣服の内部表面に結合された、生理学的信号を検出するための電極センサーと、電極センサーに接続された信号接続ラインと、スナップと、測定部を含んでいる。電極センサー部は、電極センサーのエッジを衣服に取り付けるための開かれたフレーム形状を有し得るカップリング接着部材を使って衣服の望ましい部分に結合されている。電極センサーとカップリング接着部材の境界に沿って、アンチスリップ接着テープ（部材）が形成されても良い。

よって、技術分野で知られていることから、特に動きにおいて生理学的信号を記録することを許容し、向上された接着特性をもつが皮膚の痒みを作り出す接着エレメントを避け、柔軟性特性をもった、センサーとセンサーからなる衣服の開発が依然として大いなる関心事であることが導き出される。

発明者は、特にセンサー１が衣服７に含まれ、衣服７を装着する人が、例えばスポーツの練習中に起こるようなハイレベルの活動にある時に、改良されたアンチスリップ特性をもったセンサー１を見つけた。センサー１は、優れた柔軟性特性を示す。

センサー１は、シリコーンゴムで満たされた、予め規定されたパターンにある複数の開口部６または溝１１からなる導電性層２からなる。シリコーンゴムは、センサー１を皮膚１２に固定するための接着剤材料の使用を避け、それは、信号の長期的取得においてそれらの接着剤材料が皮膚を痒くし得て、それらが繰り返しの洗濯でそれらの接着剤特性を失うので、有利である。センサー１はまた、電気的コネクター５からなる。

発明の導電性層２は金属を含み、通常この種の層は柔軟ではないが、導電性層２上の開口部６または溝１１が柔軟性を向上し、適応導電性層／身体形状を向上する。

本発明のセンサー１が優れたアンチスリップおよび柔軟性特性を示すという事実は、長期間のあいだ要求された品質で生理学的信号を受け取るために有利である。それとは別に、良好なセンサー／皮膚の接触と優れた固定が、信号のノイズを削減する。

ＥＣＧのようないくつかの生理学的信号では、ノイズは信号の測定を非常に困難にすることができる。ＥＣＧセンサーの品質は、信号の取得に顕著なインパクトを有することができる。品質は、電極の電気的特性と電極／皮膚の接触安定性に依存する。信号がより高い品質と安定性を有すれば、より容易に医者が病理を見分けることができ、患者の診断においてより高い信頼性が与えられることができる。

ハイレベルの活動の場合にスマート服で記録されたＥＣＧ信号は、電極からの信号の間欠的な損失として障害を示す。

当該分野におけるいかなるものの、シリコーンゴムで満たされた複数の開口部からなる導電性層をもったセンサーが、優れた固定と柔軟性特性を与えることができることを示唆していない。

従って、本発明の一側面は、ユーザの皮膚１２に接触して置かれるべき、生理学的信号を取得するためのセンサー１であって、ａ）皮膚１２に接触して置かれるべき、生理学的信号を受け取るための導電性繊維から少なくともなる導電性層２と、
ｂ）導電性層２に接続された電気的コネクター５と、からなり、
導電性層２が、導電性エリア全体を通して、シリコーンゴムで満たされた複数の開口部６からなることを特徴とするもの、に関する。

センサー１は、ユーザの電気的な生理学的信号を検出することが可能である。

発明の別の側面は、少なくとも１つの発明のセンサー１と、前記センサー１からのデータを受信して収集するおよび／または格納するおよび／または処理する、および／または送信するための電子的機器１４と、からなるデバイスに関する。

本発明は、衣服７の使用中にユーザの皮膚１２に接触して置かれるべく、衣服７中に一体化されるように適応されたセンサー１を提供する。従って、発明の別の側面は、少なくとも発明のデバイスからなる衣服７に関する。

また、
ａ）導電性織物の導電性層を型抜きするステップと、
ｂ）導電性層の１つの表面上に熱く溶けた接着剤を加えるステップと、
ｃ）電極３の開口部６または溝１１上のアンチスリップシリコーンゴムでスクリーン印刷するステップと、
ｄ）シリコーンを硬化するステップと、
からなり、ステップａ）とｂ）はあらゆる順序で行われることができる、
センサー１の準備プロセスが提供される。

図１Ａは、電極３中の開口部６パターンを描く。図１Ｂは、電極３中の溝１１パターンを描く。図１Ｃは、電極３の表面上にシリコーンゴムパターンをもった電極３中の開口部６パターンを描く。図１Ｄは、シリコーンゴムで満たされた開口部６をもった導電性織物の正面図を描く。図２は、本発明によるセンサーの実施形態の分解斜視図を描く。図３Ａは、本発明によるセンサー１の実施形態の断面を描く。図３Ｂは、本発明によるセンサー１の実施形態の断面を描く。図４は、本発明の実施形態による衣服７の立面図を描く。図５は、本発明によるセンサー１の実施形態と電子的機器１４の間の接続の断面立面図を描く。図６は、Zephyr^TM HxMストラップ(I)、Polar TEAM²ストラップ(II)、Numetrex（登録商標）Cardio-Shirt(III)、および発明のシャツ(IV)についての、休憩（Ａ）、起立（Ｂ）、起立／着座（Ｃ）、屈曲（Ｄ）、腕（Ｅ）、歩行（Ｆ）、および全ての活動、休憩、起立、起立／着座、屈曲、腕および歩行（Ｇ）における、振幅ＲＳ（Ａ（ｖ））を示す。図７は、Zephyr^TM HxMストラップ(I)、Polar TEAM²ストラップ(II)、Numetrex（登録商標）Cardio-Shirt(III)、および発明のシャツ(IV)についての、休憩（Ａ）、起立（Ｂ）、起立／着座（Ｃ）、屈曲（Ｄ）、腕（Ｅ）、歩行（Ｆ）、および全ての活動、休憩、起立、起立／着座、屈曲、腕および歩行（Ｇ）における、ＲＭＳ／振幅ＲＳを示す。図８は、Zephyrストラップ(I)、Polarストラップ(II)、Numetrexシャツ(III)、および発明のシャツ(IV)についての、休憩および日常的活動における、良好なＱＲＳコンプレックスのパーセントを示す。図９は、歩行（Ｆ）、腕（Ｅ）、起立（Ｂ）、屈曲（Ｄ）、起立／着座（Ｃ）、および休憩（Ａ）における、Zephyr^TM HxMストラップ(I)、Polar TEAM²ストラップ(II)、Numetrex（登録商標）Cardio-Shirt(III)、および発明のシャツ(IV)についての、自己相関値を示す。図１０は、Zephyr^TM HxMストラップ(I)、Polar TEAM²ストラップ(II)、Numetrex（登録商標）Cardio-Shirt(III)、および発明のシャツ(IV)についての、中速度（Ｈ）、高速度（Ｉ）、胴体動かし（Ｊ）、ラケット（Ｋ）、ジャンプ（Ｌ）、および全ての活動、中速度、高速度、胴体動かし、ラケットおよびジャンプ（Ｍ）における、振幅ＲＳ（Ａ（ｖ））を示す。図１１は、Zephyrストラップ(I)、Polarストラップ(II)、Numetrexシャツ(III)、および発明のシャツ(IV)についての、中速度（Ｈ）、高速度（Ｉ）、胴体動かし（Ｊ）、ラケット（Ｋ）、ジャンプ（Ｌ）、および全ての活動、中速度、高速度、胴体動かし、ラケットおよびジャンプ（Ｍ）における、ＲＭＳ／振幅ＲＳを示す。図１２は、Zephyrストラップ(I)、Polarストラップ(II)、Numetrexシャツ(III)、および発明のシャツ(IV)についての、強い物理的活動における、良好なＱＲＳコンプレックスのパーセントを示す。図１３は、中速度（Ｈ）、高速度（Ｉ）、胴体動かし（Ｊ）、ラケット（Ｋ）およびジャンプ（Ｌ）における、Zephyr^TM HxMストラップ(I)、Polar TEAM²ストラップ(II)、Numetrex（登録商標）Cardio-Shirt(III)、および発明のシャツ(IV)についての、自己相関値を示す。図１４は、発明のシャツ(IV)、黒いコラム、とシリコーンゴム無しの発明のシャツ(V)、白いコラム、についての、中速度（Ｈ）、高速度（Ｉ）、胴体動かし（Ｊ）、ラケット（Ｋ）、ジャンプ（Ｌ）、および全ての活動、中速度、高速度、胴体動かし、ラケットおよびジャンプ（Ｍ）における、ＲＭＳ／振幅ＲＳを示す。

本発明の目標は、いかなる制約も加えることなく、連続的で非侵襲的なモードでの物理的活動中のユーザの監視である。よって、本発明のセンサー１は、物理的活動中に電気的な生理学的信号を測定することを許容する。

上述したように、発明の第１の側面は、ユーザの皮膚１２に接触して置かれるべき、生理学的信号を取得するためのセンサー１であって、ａ）皮膚１２に接触して置かれるべき、生理学的信号を受け取るための導電性繊維から少なくともなる導電性層２と、ｂ）導電性層に接続された電気的コネクター５と、からなり、導電性層が、導電性エリア全体を通して、シリコーンゴムで満たされた複数の開口部６からなることを特徴とするもの、に関する。

ここで使われる「センサー」という用語は、生理学的信号を受け取り、それらを電気的信号に変換するコンポーネントを指す。

ここで使われる「電極」という用語は、皮膚と接触している導電性層のエリアで、そこで生理学的信号が受け取られるものを指す。

ここで使われる「トラック」という用語は、電気的コネクターが位置している導電性層のエリアを指す。トラックは、電極エリアから電気的コネクターに生理学的信号を送信する。

ここで使われる「電気的コネクター」という用語は、信号の完全性への受け入れ不可能な影響無しに、２つの電子的サブシステム、センサーと電子的機器、の間の分離可能なインターフェースを提供する電気機械的デバイスを指す。

ここで使われる「アンチスリップ材料」という用語は、少なくとも０．５の材料／皮膚摩擦係数をもった材料を指す。好ましい実施形態では、アンチスリップ材料はシリコーンゴムである。

ここで使われる「熱く溶けた接着剤」という用語は、加熱されたときに流れ、冷却するにつれて硬化して強靭化する熱可塑性の非構造的接着剤を指す。

ここで使われる「スクリーン印刷」という用語は、技術分野で一般に知られているように、画像またはデザインが非常に精細なメッシュスクリーン上に印刷され、ステンシルによって覆われていないスクリーンのエリアを通して印刷可能な材料が印刷表面上にスキージされる、ステンシルを使ってなされるプロセスを指す。

プロセス中にシルクが使われたので、伝統的にプロセスはスクリーン印刷またはシルクスクリーン印刷と呼ばれた。よって、「シルク印刷」、「スクリーン印刷」および「シルクスクリーン印刷」はそれらの間では同義語である。

発明の第１の側面の実施形態では、導電性層２は、導電性織物から選択された、導電性材料で作られている。

発明の第１の側面の別の実施形態では、衣服７の使用中にユーザの皮膚１２に接触して置かれるべく、衣服７中に一体化されるように適応されたセンサー１が提供され、そこでは前記センサー１は、少なくとも電極３と、トラック４と、トラック４と接続された電気的コネクター５からなる、生理学的信号を受け取るための皮膚１２に接触して置かれるべき導電性層２からなり、そこでは導電性層２の電極３は、アンチスリップ材料で満たされた予め規定されたパターンにある複数の開口部６または溝１１からなる。好ましくは、導電性層２の電極３は、複数の開口部からなる。

発明の実施形態によると、電極３とトラック４は、同じかまたは異なる材料で作られている。発明の第１の側面の好ましい実施形態では、電極３とトラック４は、お互いとは独立して、導電性繊維と非導電性繊維からなる導電性織物である。

発明の第１の側面の好ましい実施形態では、電極３とトラック４は、導電性繊維で作られた導電性織物を指す。

発明の第１の側面のその他の好ましい実施形態では、電極３とトラック４は、導電性繊維と非導電性繊維で作られた導電性織物を指す。

好ましくは、導電性繊維が銀被覆ナイロン（Laird Sauquoit IndustriesからのXstatic（登録商標）より糸のような）で作られ、非導電性繊維がナイロンで作られている。

導電性繊維の非限定的な例は、銀、銅、ニッケル、ステンレス鋼、金、導電性材料で被覆された非導電性繊維、またはそれらの混合物で作られた繊維である。被覆する導電性材料の非限定的な例は、銀、銅、ニッケル、ステンレス鋼、金、およびカーボンまたは銀パウダーを装填されたシリコーンゴムである。

非導電性繊維の非限定的な例は、ウール、シルク、コットン、フラックス、ジュート、アクリリック繊維、ポリアミドポリエステル、ナイロン、および／または弾力性のあるより糸（Invista^TM S.a.r.lからのLYCRA（登録商標）ブランドのスパンデックスのような）である。

導電性および非導電性繊維をもった導電性層は、金属繊維のみで形成された導電性層よりももっと柔軟性があるだけでなく、より軽くて酸化に対してより耐性があるものとなる傾向もある。繊維は緊密に編まれることができるので、特定の織り糸上での導電性被覆の部分的損失にも拘わらず織物の導電性が維持されることができるのに対して、金属繊維導電性織物では、特にもし繊維が広く間隔を空けられていれば、繊維の１つでの破損の後に織物は動作性を失い得る。織物中の金属の量は、導電性を増加することへの需要と服のタッチ感覚を向上することの必要性の間の妥協である。

織物のインターレースの結果として、織物は、繊維の間に複数の開口部６を示す。発明の実施形態によると、電極は、追加の開口部６または溝１１を作るためにかまたは予め規定されたパターンにある電極の開口部６をより大きくするために、ドリル加工または溝付け加工される。

複数の開口部６または溝１１は、円形、正弦波パターン、直線パターン、六角形パターンおよびその他の異なる幾何学的形状パターン、またはそれらの組み合わせのような、異なるパターンを提示する。複数の開口部６は、ランダムであるかまたは組織化されたマトリクスを形成する。

導電性層中のそのような開口部６または溝１１の存在は、層の弾力性の向上に結果としてなる。導電性層の開口部６または溝１１をシリコーンゴムで満たすことにより、センサーの皮膚への接着における向上が達成されると同時に、信号のノイズが削減されるので測定された信号が向上される。

硬化プロセスの前のシリコーンゴムは液状である。シリコーンが液状にある時に織物中に印刷される。これは、シリコーンと織物の結合は、接着剤無しの結合であることを意味する。発明において記載された電気的に導電性の層は、織物中に一体化される。液状にあるシリコーンは、織物中に印刷された時に、織物の開口部中に染み込むことが可能であり、導電性層の構造に固着する。

開口部６または溝１１が満たされた時、シリコーンゴムは、平坦またはレリーフのプロファイルを提示する。好ましい実施形態では、シリコーンゴムは、レリーフのプロファイルを示す。

好ましい実施形態では、シリコーンゴムは、４００ｇ／ｍｏｌと６００ｇ／ｍｏｌの間からなる分子重量をもったシリコーンゴムである。

上述したように、発明のセンサー１は、皮膚１２に接触して置かれるべきものである。好ましい実施形態では、皮膚に接触するべき導電性層２の比率が、導電性層の５０％と８０％の間からなり、皮膚１２に接触するべきシリコーンゴムの比率が、導電性層２全体に対して２０％と５０％の間からなる。最も好ましい実施形態では、皮膚１２に接触するべき導電性層２の比率が、導電性層２の６０％と７０％の間からなり、皮膚１２に接触するべきシリコーンゴムの比率が、導電性層２全体に対して３０％と４０％の間からなる。

好ましい実施形態では、トラック４と電気的コネクター５は、絶縁性材料８で覆われている。

ユーザの皮膚と接触したセンサーでは、電極／皮膚抵抗が、信号のノイズを決定するための要素の１つである。好ましい実施形態では、電極３の抵抗は、１Ωと１０Ωの間からなる。より好ましい実施形態では、トラック４の抵抗は、１Ωと５０ｋΩの間からなる。

本発明の第２の側面は、少なくとも１つの発明のセンサー１と、前記センサーからのデータを受信して収集するおよび／または格納するおよび／または処理する、および／または送信するための電子的機器１４と、からなるデバイスである。

発明のセンサーを使って、検出された生理学的信号は、以下のデータの少なくとも１つであることができる：心臓パルス、呼吸頻度、電気皮膚応答（ＥＤＲ）、測定電気的皮膚導電性、心電図（ＥＣＧ）、筋電図（ＥＭＧ）。これらの信号は、身体中で作り出された電気的信号を指す。好ましくは、データはＥＣＧデータである。

本発明の第３の側面は、発明のデバイスを一体化する衣服７である。

第３の側面の実施形態では、衣服７は、２ＫＰａ以上の圧力を印加するように設計されている。別の実施形態では、衣服７が内側および外側層１３という２つの層からなり、外側層１３は少なくとも２ＫＰａでセンサーを身体に押し当てる。最も好ましい実施形態では、外側層１３が、圧力を規制するためのシステムからなる。

好ましくは、内側層は低い弾力性を有し、外側層１３は高い弾力性を有する。内側層は、合成繊維とスパンデックスのブレンドからなり、そこでは合成繊維は複合弾性材料の重量で８５％から９０％、最も好ましくは８７％から８９％からなり、そこではスパンデックスは複合弾性材料の重量で１０％から１５％、最も好ましくは１１％から１３％からなる。外側層１３は、合成繊維とスパンデックスのブレンドからなり、そこでは合成繊維は複合弾性材料の重量で９２％から９７％、最も好ましくは９４％から９６％からなり、そこではスパンデックスは複合弾性材料の重量で３％から８％、最も好ましくは４％から６％からなる。外側層１３は、センサーを皮膚に押し当てて、センサー１の安定性と固定が向上される。

第３の側面の実施形態では、センサー１の導電性層２のトラック４は、衣服の内側および外側層１３の間に置かれ、電極３は衣服の内側層の上にあって、電極３は衣服７のユーザの皮膚１２と接触することが可能である。

センサー１は、
ａ）導電性織物の導電性層を型抜きするステップと、
ｂ）導電性層の１つの表面上に熱く溶けた接着剤を加えるステップと、
ｃ）１０−３０℃の間からなる温度において、電極３の開口部６または溝１１上のアンチスリップシリコーンゴムでスクリーン印刷するステップと、
ｄ）好ましくは２分間までの間１３０−１９０℃の間からなる温度において、シリコーンを硬化するステップと、
からなるプロセスによって準備されることができる。

プロセスは更に、トラック４を形成するために導電性材料が装填されたシリコーンゴムでスクリーン印刷するステップからなることができる。

発明の特定の実施形態の電極３の開口部６パターンが、図１Ａに描かれている。図１Ｂは、電極３の好ましい溝パターン１１を示す。図１Ｃは、シリコーンゴムで満たされた開口部６をもった電極３を描いており、そこでは電極３は、レリーフのプロファイルにあるそれらの表面上の予め規定されたパターンにあるシリコーンゴムを示す。従って、シリコーンゴムは、開口部の充填を通して電極の織物に固着する。

図２は、センサー１の分解斜視図を示し、そこでは導電性層２が、電極３とトラック４からなる。上述したように、電極３は、シリコーンゴムで満たされた円形の開口部６を提示する。電気的コネクター５が、導電性層２のトラック４に接触しており、トラック４は、絶縁性材料８で覆われることができる。電気的コネクター５は、第１および第２の部分からなり、そこでは第１の部分は、雌型クリップ部分９からなり、コネクターの第２の部分は、雄型スタッド部分１０からなっていても良く、それらの部分がお互いと嵌まり合う。

代替的に、コネクターの第１の部分が雄型スタッド部分からなっていても良く、コネクターの第２の部分が雌型クリップ部分からなっていても良く、それらの部分がお互いと嵌まり合う。典型的には、センサー１が衣服７中に一体化された時に、電気的コネクターの雄および雌部分が、お互いに衣服の反対の面上に置かれる。よって、ユーザの皮膚１２と接触するであろう、内側面中に置かれた雄または雌部分は、絶縁性材料８で覆われ、それはまた導電性層２のトラック４も覆う。

図３Ａは、発明のセンサー１の断面を描く。センサー１の断面は、電極エリア３と、シリコーンゴムで満たされた円形の開口部６を示す。トラック４は、電極３と同じ材料で作られている。トラックと電極は導電性織物で作られている。発明のセンサーは皮膚１２に接触している。

図３Ｂは、本発明によるセンサー１の実施形態の断面を描く。この実施形態では、電極は導電性織物で作られ、トラック４は導電性材料が装填されたシリコーンゴムで作られている。

図４は、胸エリアの近くに置かれた２つのセンサー１をもった衣服７の立面図を描く。衣服７の外側層１３が、センサーを少なくとも２ＫＰａで押す。

図５は、本発明によるセンサー１の実施形態と電子的機器１４の間の接続の断面立面図を描く。センサー１は、雌型クリップ部分９と雄型スタッド部分１０を使って電気的コネクター５に接続されている。

記載と請求項の全体を通して、「からなる」という言葉およびその言葉の変形は、その他の技術的特徴、追加物、コンポーネンツまたはステップを除外することが意図されていない。発明の追加の目的、利点および特徴は、記載の精査に際して当業者に明らかとなるか、発明の実施によって学ばれ得る。以下の例と図面は、描写のために提供され、それらは本発明を限定することが意図されていない。図面に関係し請求項で括弧中に置かれた参照符号は、請求項の分かり易さを増加することを試みるためだけのものであり、請求項の範囲を限定するものとして理解されるべきではない。更には、本発明は、ここに記載された特定のおよび好ましい実施形態の全ての可能な組み合わせをカバーする。

発明のセンサーをもった衣服と、織物センサー技術でのその他の衣服の間の比較例
Zephyr^TM HxM (Zephyr Technology Corporationによって作られた)(I)、Polar TEAM²
（Polar Electro, OY.によって作られた）(II)、Numetrex（登録商標）Cardio-Shirt（Textronics, Inc.によって作られた）(III)、および発明のシャツ(IV)、トラックと電極が導電性織物で作られ、電極エリアがシリコーンゴムで満たされた開口部を有するもの、が試された。Numetrex（登録商標）Cardio-Shirtは、織物中に編み込まれた織物材料電極をもったシャツである。

Zephyr^TM HxM ストラップとPolar TEAM²ストラップは、織物材料電極をもったストラップである。Zephyr^TM HxM ストラップは、電極と、衣服と電極の間に設けられた弾力的で圧縮可能な充填材を含み、使用において、衣服がユーザの皮膚に対して動く時に電極が皮膚に対して実質的にその場に保持されるようになっている。Polar TEAM²ストラップは、導電性繊維を含んだ接触層と、接触層の上に水分を保持するための水分層を含む。

行われた活動が物理的な緊急性の異なるレベルに分けられたテストプロトコル：休憩、日常的活動および強い物理的活動。

被験者は、テストされた全てのストラップおよびシャツと整合性のあるデバイスで監視された。

プロトコルの運動は以下のように規定された。

休憩（Ａ）：被験者が、３０秒間テーブルに横たえられたままであった。

日常的活動は、
起立（Ｂ）：被験者が、動くことなく２０秒間じっと脚で立った。

着座／起立（Ｃ）：被験者が、４回椅子に着座して起立し、各状態に3秒間留まった。

屈曲（Ｄ）：被験者が、常に同じやり方で（膝を曲げること無しに）３回屈曲した。

腕運動（Ｅ）：被験者が、異なる方向（真っ直ぐ、水平および垂直）に３回ずつ両腕を動かした。

歩行（Ｆ）：被験者が、２０秒間３ｋｍ／ｈの近似的速度で歩行した。

によって規定された。

強い物理的活動（H）は、
中速度走行（Ｉ）：被験者が、２０秒間６ｋｍ／ｈの速度で走った。

高速度走行（Ｊ）：被験者が、１０ｋｍ／ｈに達するまでペースを上げて、それから１５秒間この速度で走り続けた。

強い腕運動（ラケット動かし）（Ｋ）：被験者が、（両腕で）ラケットでボールを打つことをシミュレートして強く腕を動かし、この動きを５回行った。

胴体捻り（Ｌ）：脚を同じ位置に保ったまま、被験者が、両方向に５回ずつ胴体を捻った。

ジャンプ（M）：被験者が、高くジャンプし、２、３メートル走ってそれから再度ジャンプする。この動きを５回繰り返した。

によって規定された。

強い物理的活動は、日常的活動よりももっと物理的に要求がきつかった。また、被験者は、これらの運動の間に汗をかいたので、全ての結果はそれらの条件にあったことを強調することが重要である。

休憩および日常的活動で行われた全ての運動は、ストラップまたはシャツが被験者上に直接着せられてのもの（汗無し）であり、全ての強い物理的活動は、既に汗をかいている時にストラップまたはシャツが被験者によって装着されて行われた。

各シャツまたはストラップで異なる心電図信号が得られた時に、異なる技術を評価するためにそれらの信号上で各種の測定が行われた。

信号上で行われた測定は（各活動の各運動について）：
視覚的測定
この測定は、単に信号を眺めることによる、形態学および検出された心拍の観点での取得された信号の品質の直接的な認識である。この視覚的認識はまた、どの心拍（ＱＲＳコンプレックス）が心拍として認識可能であり、それらの内のどれが心臓学者によって認識されるにはノイズが多すぎるかを同定するのに使われる。休憩と日常的活動についておよび強い物理的活動について、合計２５０個の心拍が分析された。合計５００個の心拍が分析された。

信号上での測定
これらの測定は、各活動セッションの各運動中に登録された信号上でなされた。これらの測定は、記録された信号の手動および自動分析が関与する。

自己相関：
信号は、ブロック間に２秒の重複をもって３秒毎にセグメント化され、各ブロックの自己相関が行われた。この測定は、次の式に従う：
_Ｎ−１
Ｒ_ｘ（ｍ）＝(１／Ｎ−｜ｍ｜) Σ ｘ_ｎｘ_ｎ＋ｍ
^ｎ＝０
ここでｘはＮ個のサンプルの信号である。それからそれは、Ｒ_ｘ（０）の値に対して正規化される。すると、信号がシフト無しでそれ自身と比較されたのでこのポイントに最大値を有することが確かなので、それがＲ_ｘnorm（０）中の１つではないという自己相関最大値を得る。

このインデックスは、（心拍とその次のものは非常に良く似ているという前提から始めて）信号がシフトされたそれ自身にどれ程類似しているかの測定を与える。このやり方で、１に近い値は、信号がそれ自身のシフトされたコピーに非常に良く似ていることを示すので、それはノイズからクリーンである一方、０に近い低い値は、信号がノイズによって汚されていることを示す。

Ｔ−ＰセグメントＲＭＳ：
Ｔ−ＰセグメントのＲＭＳ（二乗平均平方根）が、心拍（約２０セグメント）の間で計算された。この測定は、各運動について行われ、平均され、Ｔ−Ｐセグメントが等電であるので、特に休憩状態における、信号中のノイズの推定を与える。

これらの測定は（各セグメントの始めと終りを選択するために）手動で行われた。Ｔ波が存在しないような信号（休憩および日常的活動におけるZephyrTM HxMストラップとPolar TEAM2ストラップとNumetrex（登録商標）Cardio-Shirtでは、セグメントは２つの連続する心拍の間で定義される。この値は、可能な限り低くなければならないが、ＱＲＳ振幅で文脈化されなければならない（ポイントＲＭＳ／振幅ＲＳを参照）。

最大Ｔ−Ｐセグメント：
それは、異なるＴ−Ｐセグメントのノイズの最大ピークを測定する。この値は、ノイズの高いピークが信号を汚しているかどうかを見るのに有用であった。

最大振幅：
各運動の心拍について、ＱＲＳピークの振幅が測定された（ＲＳ振幅を得るために、ＲピークとＳピーク）。好ましい値はなかったが、より高い値は低いものに対してより良いものとなる傾向がある（低いものはよりノイズを生じやすい）。

ＲＭＳ／振幅ＲＳ：
このファクターは、前のポイントで説明された測定と共に計算された。このインデックスは、異なる運動におけるシステムのノイズの正確なアイデアを与える。各シャツ／ストラップは信号の異なる量、異なる振幅を捕捉するのでＴ−Ｐセグメント中のＲＭＳは各センサーストラップまたはシャツに対して文脈化されなければならないために、それはＲＳ振幅に対して正規化される。この値については、より低いものがより良い。

得られた全てのインデックスおよび値の内、最も重要なものは、それらの両方が信号を汚すノイズと登録された信号中の心拍がどれくらい認識可能であるかの非常に良い指標であるので、ＲＭＳ／振幅ＲＳと自己相関である。

結果は、３つのセクションに分けて提示された：休憩および日常的活動についての結果、強い物理的活動についての結果。

休憩および日常的活動
図６は、Zephyr^TM HxMストラップ(I)、Polar TEAM²ストラップ(II)、Numetrex（登録商標）Cardio-Shirt(III)、および発明のシャツ(IV)についての、休憩（Ａ）、起立（Ｂ）、起立／着座（Ｃ）、屈曲（Ｄ）、腕（Ｅ）、歩行（Ｆ）、および全ての活動、休憩、起立、起立／着座、屈曲、腕および歩行（Ｇ）における、振幅ＲＳ（Ａ（ｖ））を示す。振幅ＲＳは、どれだけの信号をシステムが捕捉するかのアイデアを与えるので、より高い振幅ＲＳがより良い。図６は、発明のシャツがその他のシステムよりもより良い信号を捕捉することを示し、それは乾燥した条件でより良く働く（この活動セッションは汗をかくことが関与しない）。

図７は、Zephyr^TM HxMストラップ(I)、Polar TEAM²ストラップ(II)、Numetrex（登録商標）Cardio-Shirt(III)、および発明のシャツ(IV)についての、休憩（Ａ）、起立（Ｂ）、起立／着座（Ｃ）、屈曲（Ｄ）、腕（Ｅ）、歩行（Ｆ）、および休憩と日常的活動（休憩、起立、起立／着座、屈曲、腕および歩行）（Ｇ）における、ＲＭＳ／振幅ＲＳを示す。このデータは、ノイズが振幅ＲＳに対して文脈化されており、それがシステムのＳＮＲ（信号対雑音比）の良い測度であるので、重要である。ここで計算された値はノイズ対信号であるので、この値がより低いほどより良い。発明のシャツ(IV)は、最も低い値を示す。

図８は、Zephyr^TM HxMストラップ(I)、Polar TEAM²ストラップ(II)、Numetrex（登録商標）Cardio-Shirt(III)、および発明のシャツ(IV)についての、休憩および日常的活動における、良好なＱＲＳコンプレックスのパーセントを示す。図８は、初見でどれだけ多くの心拍がＱＲＳとして認識可能であるかを決定する。各システムについて合計２５０個の心拍が分析され、ここでの結果は休憩および日常的活動セッションの合計である（運動に分けられていない）。パーセントがより高ければより良い。最も高い値は、発明のシャツ(IV)の値である。

図９は、歩行（Ｆ）、腕（Ｅ）、起立（Ｂ）、屈曲（Ｄ）、起立／着座（Ｃ）、および休憩（Ａ）における、Zephyr^TM HxMストラップ(I)、Polar TEAM²ストラップ(II)、Numetrex（登録商標）Cardio-Shirt(III)、および発明のシャツ(IV)についての、自己相関値を示す。この情報はまた、それが品質、再現可能性および心拍間の相似性の良い指標であるので、重要である。この値が１により近いほどより良い。発明のシャツは、１に最も近い値を示す。

強い物理的活動
図１０は、Zephyr^TM HxMストラップ(I)、Polar TEAM²ストラップ(II)、Numetrex（登録商標）Cardio-Shirt(III)、および発明のシャツ(IV)についての、中速度（Ｈ）、高速度（Ｉ）、胴体動かし（Ｊ）、ラケット（Ｋ）、ジャンプ（Ｌ）、および全ての活動（中速度、高速度、胴体動かし、ラケットおよびジャンプ）（Ｍ）における、振幅ＲＳ（Ａ（ｖ））を示す。強い物理的活動では、汗が電気的ポテンシャルの電極への伝導を助け、皮膚−電極インターフェースのインピーダンスを減少するので、汗のために、信号の振幅は技術の間でより類似している。

図１１は、Zephyr^TM HxMストラップ(I)、Polar TEAM²ストラップ(II)、Numetrex（登録商標）Cardio-Shirt(III)、および発明のシャツ(IV)についての、中速度（Ｈ）、高速度（Ｉ）、胴体動かし（Ｊ）、ラケット（Ｋ）、ジャンプ（Ｌ）、および全ての活動、中速度、高速度、胴体動かし、ラケットおよびジャンプ（Ｍ）における、ＲＭＳ／振幅ＲＳを示す。再度、発明のシャツが最も良い結果を有することをここに見ることができる。

図１２は、Zephyr^TM HxMストラップ(I)、Polar TEAM²ストラップ(II)、Numetrex（登録商標）Cardio-Shirt(III)、および発明のシャツ(IV)についての、強い物理的活動における、良好なＱＲＳコンプレックスのパーセントを示す。発明のシャツは、最も良い結果を示す。

図１３は、中速度（Ｈ）、高速度（Ｉ）、胴体動かし（Ｊ）、ラケット（Ｋ）およびジャンプ（Ｌ）における、Zephyr^TM HxMストラップ(I)、Polar TEAM²ストラップ(II)、Numetrex（登録商標）Cardio-Shirt(III)、および発明のシャツ(IV)についての、自己相関値を示す。発明のシャツは、最も良い結果を示す。

結論として、発明のシャツは、乾燥した皮膚−電極インターフェース（汗無し）の状況にある時により優れているように見え、はるかにより良い信号を与え、その他のシステムよりも安定している。強い物理的状況では、全てのシステムが、汗のおかげで信号捕捉の観点ではより良く働くが、発明のシャツは、より信号認識可能な形態学と安定な信号を与え、状況と活動の全てにおいて最も良い結果を与えるものである。

発明のセンサーをもった衣服と、電極エリアの開口部がシリコーンゴムで満たされていない発明のセンサーをもった衣服の間の比較例
発明のシャツ(IV)、トラックと電極が導電性織物で作られ、電極エリアがシリコーンゴムで満たされた開口部を有するものと、シリコーンゴム無しの発明のシャツ(V)が試された。

従われたプロトコルは上記と同じであった。顕著な違いが、強い物理的活動において得られた。

図１４は、発明のシャツ(IV)とシリコーンゴム無しの発明のシャツ(V)についての、中速度（Ｈ）、高速度（Ｉ）、胴体動かし（Ｊ）、ラケット（Ｋ）、ジャンプ（Ｌ）、および全ての活動、中速度、高速度、胴体動かし、ラケットおよびジャンプ（Ｍ）における、ＲＭＳ／振幅ＲＳを示す。発明のシャツが最も良い結果を有し、これは、それ無しよりもシリコーン有りでノイズがより少なく信号がより良いことを意味する。結果は、より良い皮膚への接着を示した。

Claims

生理学的信号を取得するためのセンサーであって、
ａ）導電性繊維と非導電性繊維の導電性織物を含む導電性層であって、導電性織物は、導電性織物全体を通して導電性および非導電性繊維のインターレースと複数の開口部を形成するように編まれており、複数の開口部は、シリコーンゴムで満たされており、シリコーンゴムは、接着剤を使用することなく導電性織物に取り付けられているものと、
ｂ）導電性層に接続された電気的コネクターであって、電気的コネクターは、導電性層と電子的機器の間に分離可能なインターフェースを提供するものと、
を含む、センサー。
導電性層が、少なくとも電極エリアとトラックを含み、トラックは、電気的コネクターが位置する導電性層のエリアであって、生理学的信号を電極エリアから電気的コネクターに送信し、電極エリアを含む導電性織物とトラックを含む導電性織物は、独立に同じかまたは異なる、請求項１によるセンサー。
トラックが、絶縁性材料で覆われている、請求項２によるセンサー。
導電性繊維が、１）銀、銅、ニッケル、ステンレス鋼、金、カーボンまたは銀パウダーを装填されたシリコーンゴムを含む繊維、２）導電性材料で被覆された非導電性繊維、または３）それらの混合物、を含む、請求項１−３のいずれかによるセンサー。
非導電性繊維が、ウール、シルク、コットン、フラックス、ジュート、アクリリック、ポリアミドポリエステル、ナイロンまたは弾力性のあるより糸を含んだ繊維、を含む、
請求項１−４のいずれかによるセンサー。
導電性繊維が銀被覆ナイロンの繊維を含み、非導電性繊維がナイロンの繊維を含む、請求項１−５のいずれかによるセンサー。
シリコーンゴムが、４００ｇ／ｍｏｌと６００ｇ／ｍｏｌの間からなる分子重量をもったシリコーンゴムである、請求項１−６のいずれかによるセンサー。
複数の開口部が、ランダムなパターンまたは組織化されたパターンを形成する、請求項１−７のいずれかによるセンサー。
組織化されたパターンが、円形パターン、正弦波パターン、直線パターン、六角形パターン、幾何学的形状の別のパターン、またはそれらの組み合わせである、請求項８によるセンサー。
皮膚表面に接触するように設計された導電性層の比率が、導電性層の５０％と８０％の間からなり、皮膚表面に接触するように設計されたシリコーンゴムの比率が、導電性層の２０％と５０％の間からなる、請求項１−９のいずれかによるセンサー。
シリコーンゴムが、複数の開口部中にのみ位置する、請求項１−１０のいずれかによるセンサー。
検出された生理学的信号が、心臓パルス、呼吸頻度、電気皮膚応答、電気的皮膚導電性、心電図、および／または筋電図を含む、請求項１−１１のいずれかによるセンサー。
生理学的信号を取得するためのデバイスであって、
（ａ）少なくとも１つの、請求項１−１２のいずれかに規定されたセンサーと、
（ｂ）少なくとも１つのセンサーから取得された信号を受信して収集するための電子的機器と、
を含むデバイス。
電子的機器は更に、少なくとも１つのセンサーから受信され収集されたデータを格納する、および／または処理する、および／または送信する、請求項１３のデバイス。
請求項１３または請求項１４に規定されたデバイスを含む、衣服。
センサーに結合された衣服の部分が、２ＫＰａ以上の圧力を印加するように設計されている、請求項１５による衣服。
衣服が内側および外側層という２つの層を含み、外側層は少なくとも２ＫＰａでセンサーを身体に押し当てることができる、請求項１５または請求項１６による衣服。
外側層が、圧力を規制するためのシステムを含む、請求項１７による衣服（７）。
請求項１−１２のいずれかに規定されたセンサーの準備のためのプロセスであって、
ａ）導電性織物全体を通して導電性および非導電性繊維のインターレースと複数の開口部を形成するように編まれた導電性繊維と非導電性繊維の導電性織物を型抜きするステップと、
ｂ）液体シリコーンが染み込み導電性織物に存在する複数の開口部を満たすようなやり方で液体シリコーンを加えるステップと、
ｃ）液体シリコーンを硬化してシリコーンゴムを形成するステップと、
を含み、ステップａ）とｂ）はあらゆる順序で行われることができる、プロセス。