JP6514129B2

JP6514129B2 - ウェアラブル電極

Info

Publication number: JP6514129B2
Application number: JP2016023437A
Authority: JP
Inventors: 和彦高河原; 石原　隆子; 隆子石原; 孝治藤井; 笠原　亮一; 亮一笠原; 佐藤　康博; 康博佐藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2016-02-10
Filing date: 2016-02-10
Publication date: 2019-05-15
Anticipated expiration: 2036-02-10
Also published as: JP2017140213A

Description

本発明は、日常的に心電波形等の生体電気信号を取得するために用いられるウェアラブル電極に関するものである。

近年、日常的な自己の健康管理の重要性が指摘されている。このような個人の健康管理の手法の一つとして、長期間にわたって心電波形等の生体電気信号を記録し、解析することで、自律神経の乱れや心臓病の兆候を早期に発見することができ、予防医学において有効であることが知られている。長期間にわたって生体電気信号を取得するため、生体電極の取り付けられた衣類（ウェアラブル電極）が注目されている（非特許文献１参照）。

David M.D.Ribeiro，et al.，"A Real time，Wearable ECG and Continous Blood Pressure Monitoring System for First Responders"，33rd Annual International Conference of the IEEE EMBS，pp.6894-6898，2011

図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は従来のウェアラブル電極を人体に装着した様子を示す模式図であり、図３（Ａ）は人体正面図、図３（Ｂ）は人体側面図、図３（Ｃ）は人体背面図である。従来のウェアラブル電極においては、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示すように生体電極１０１，１０２を着用者１１０の心臓１００の心筋の高さ（左心室の中央ライン付近。男性では乳頭下線付近）の胸部の左右２箇所に設置することが多い。

しかしながら、従来のウェアラブル電極では、着用者が前かがみ姿勢を取ると生体電極１０１，１０２が着用者の体から離間して生体電気信号を計測できなくなったり、生体電極１０１，１０２が着用者の体から離間しないように伸縮性のある素材で生体電極１０１，１０２を体に締め付けるため着用者に不快感を与えたりするという課題があった。

本発明の目的は、着用者の不快感を軽減することができ、着用者が様々な姿勢をとっても生体電気信号を取得することができるウェアラブル電極を提供することにある。

本発明は、衣服の着用者の生体電気信号を検出するウェアラブル電極において、着用者の左の乳房部の皮膚と左の側胸部の腹側の皮膚ないし左の腋窩部の皮膚と左の側胸部の背側の皮膚とに同時に接触し得るように衣服に固定された１つ以上の第１の電極と、着用者の右の乳房部の皮膚と右の側胸部の腹側の皮膚ないし右の腋窩部の皮膚と右の側胸部の背側の皮膚とに同時に接触し得るように衣服に固定された１つ以上の第２の電極とを備え、前記第１の電極は、さらに着用者の左の肩甲骨の下角の位置の背側の皮膚と接触し得る所まで背側の部分が延長された形状を有し、前記第２の電極は、さらに着用者の右の肩甲骨の下角の位置の背側の皮膚と接触し得る所まで背側の部分が延長された形状を有することを特徴とするものである。
また、本発明のウェアラブル電極の１構成例において、互いに分離して設けられた複数の前記第１の電極と互いに分離して設けられた複数の前記第２の電極とは、一部が正電極で他の一部が負電極となり、正電極および負電極として機能する電極以外の前記第１の電極または前記第２の電極は基準電極となる。

本発明によれば、着用者の左の乳房部の皮膚と左の側胸部の腹側の皮膚ないし左の腋窩部の皮膚と左の側胸部の背側の皮膚とに同時に接触し得るように衣服に固定された第１の電極と、着用者の右の乳房部の皮膚と右の側胸部の腹側の皮膚ないし右の腋窩部の皮膚と右の側胸部の背側の皮膚とに同時に接触し得るように衣服に固定された第２の電極とを設けることにより、着用者が前かがみ等の姿勢をとっても、第１、第２の電極の各々の少なくとも一部が着用者の体と接触するため、着用者の生体電気信号を取得することができる。また、本発明では、第１、第２の電極で着用者の体を締めつける必要がないので、着用者の不快感を軽減することができる。

また、本発明では、着用者の左の肩甲骨の下角の位置の背側の皮膚と接触し得る所まで第１の電極の背側の部分を延長し、着用者の右の肩甲骨の下角の位置の背側の皮膚と接触し得る所まで第２の電極の背側の部分を延長することにより、着用者が体を横に曲げたとしても、第１、第２の電極の各々の少なくとも一部が着用者の体と接触するため、着用者の生体電気信号を取得することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るウェアラブル電極を人体に装着した様子を示す模式図である。本発明の第２の実施の形態に係るウェアラブル電極を人体に装着した様子を示す模式図である。従来のウェアラブル電極を人体に装着した様子を示す模式図である。

以下、好適な実施の形態について参照して本発明を説明するが、本発明はかかる実施の形態に限定されない。

［第１の実施の形態］
図１（Ａ）〜図１（Ｃ）は本発明の第１の実施の形態に係るウェアラブル電極を人体に装着した様子を示す模式図であり、図１（Ａ）は人体正面図、図１（Ｂ）は人体側面図、図１（Ｃ）は人体背面図である。本実施の形態のウェアラブル電極は、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）に示すように、衣服２１と、衣服２１の着用者２０（生体）の左の乳房部２１０の皮膚と左の側胸部の腹側の皮膚ないし左の腋窩部２１１の皮膚と左の側胸部の背側２１２の皮膚とに同時に接触し得るように衣服２１の裏面（着用者２０の皮膚と接触する面）に固定された１つ以上の帯状の電極２０３と、着用者２０の右の乳房部２１３の皮膚と右の側胸部の腹側の皮膚ないし右の腋窩部２１４の皮膚と右の側胸部の背側２１５の皮膚とに同時に接触し得るように衣服２１の裏面に固定された１つ以上の帯状の電極２０４とから構成される。図１（Ａ）〜図１（Ｃ）における２００は着用者２０の心臓である。

なお、腋窩部はいわゆる脇の下の領域を意味し、側胸部は腋窩部よりも下方の領域を意味する。人体の各部の名称については、例えば文献「橋本尚詞，“看護学入門１人体のしくみと働き”，ｐｐ．３−８，２０１３年」に開示されている。

電極２０３，電極２０４は、それぞれ配線２３１，２３２を介して生体信号取得装置２３３と接続される。１つ以上の電極２０３と１つ以上の電極２０４のうち、一部は正電極であり、残りは負電極である。

電極２０３，２０４の素材は特に限定されず、カーボンフィラー混合樹脂、Ａｇ布、導電性高分子含浸布帛、電解液を染み込ませた布帛等を制限なく用いることができる。また、電極２０３，２０４の大きさについては、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）を用いて説明した前記の配置条件を満たす大きさであれば特に限定されない。

なお、生体電気信号受信の際にしばしば用いられる基準電位については、上記の正電極および負電極と接触しないように別途、基準電極を衣服２１に設け、この基準電極を配線を介して生体信号取得装置２３３と接続することによって得てもよい。この場合には、互いに分離して設けられた１つ以上の電極２０３と互いに分離して設けられた１つ以上の電極２０４とは、一部が正電極で他の一部が負電極となり、正電極および負電極として機能する電極以外の電極２０３または電極２０４が基準電極となる。
また、正電極と負電極が受信する信号から求めた中間電位を基準電位としてもよいし、生体信号取得装置２３３の回路のＧＮＤ電位を基準電位としてもよい。

衣服２１は、電極２０３，２０４を前記の領域に設置できるものであれば特に限定されず、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）に示したシャツ型の他、腹巻き型やベルト型、コルセット型等の形態をとることができる。
また、衣服２１の素材は通常の衣料品で用いられる綿、羊毛等の天然繊維素材、ポリエステル、ナイロン等の合成繊維素材を何ら制限なく用いることができるが、本発明はかかる衣服２１の形状や素材に限定されるものではない。

電極２０３，２０４の衣服２１への固定方法としては、例えば電極２０３，２０４を衣服２１に縫い付ける方法、電極２０３，２０４を衣服２１に接着する方法、電極２０３，２０４を衣服２１に含浸させる方法などがある。

配線２３１，２３２としては、公知の配線素材を制限なく用いることができるが、着用者の動きによって変形する衣服２１上に設置されるため、配線素材自体に伸縮性があるもの（例えば、導電性ゴム）や、バネのように伸縮性のある構造・レイアウトをしているものがより望ましい。また、配線２３１，２３２は、電極設置部位以外の人体等からの信号を取得しないよう、絶縁体で被覆されていることが望ましい。

生体信号取得装置２３３は、電極２０３，２０４で検出した生体電気信号（本実施の形態では心電波形）を取得して処理する。生体信号取得装置２３３としては、心電波形を取得しＲ波を検出する公知の装置を特に限定なく用いることができる。生体信号取得装置２３３は、心電波形から心拍を検出する機能、各種の表示機能、取得した生体電気信号や心拍の情報を外部へ無線送信する機能などを備えていてもよい。また、生体信号取得装置２３３は、衣服２１の裏面あるいは表面（着用者の皮膚と接触する面と反対側の面）のどちらに固定されていてもよい。

こうして、本実施の形態では、電極２０３，２０４を設けることにより、着用者が前かがみ等の姿勢をとっても、電極２０３，２０４の各々の少なくとも一部が着用者の体と接触するため、着用者の生体電気信号を取得することができる。また、本実施の形態では、電極２０３，２０４で着用者の体を締めつけるような構造を採用していないため、着用者の不快感を軽減することができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は本発明の第２の実施の形態に係るウェアラブル電極を人体に装着した様子を示す模式図であり、図２（Ａ）は人体正面図、図２（Ｂ）は人体側面図、図２（Ｃ）は人体背面図である。本実施の形態のウェアラブル電極は、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に示すように、衣服２１と、衣服２１の着用者２０（生体）の左の乳房部２１０の皮膚と左の側胸部の腹側の皮膚ないし左の腋窩部２１１の皮膚と左の側胸部の背側２１２の皮膚と左の肩甲骨２２１の下角２２２の位置の背側の皮膚とに同時に接触し得るように衣服２１の裏面に固定された１つ以上の帯状の電極２０３ａと、着用者２０の右の乳房部２１３の皮膚と右の側胸部の腹側の皮膚ないし右の腋窩部２１４の皮膚と右の側胸部の背側２１５の皮膚と右の肩甲骨２２３の下角２２４の位置の背側の皮膚とに同時に接触し得るように衣服２１の裏面に固定された１つ以上の帯状の電極２０４ａとから構成される。

電極２０３ａは、第１の実施の形態の電極２０３と同様の素材からなるものであるが、電極２０３を、更に左の肩甲骨２２１の下角２２２の位置の背側の皮膚と接触し得る所まで背側の部分を延長した形状を有する。同様に、電極２０４ａは、第１の実施の形態の電極２０４を、更に右の肩甲骨２２３の下角２２４の位置の背側の皮膚と接触し得る所まで背側の部分を延長した形状を有する。

着用者の肩甲骨２２１，２２３の下角２２２，２２４の部分の背中には肩甲骨２２１，２２３による隆起が生じているので、この部分まで電極２０３ａ，２０４ａを延ばすことにより、着用者が体を横に曲げたとしても、電極２０３ａ，２０４ａの各々の少なくとも一部が着用者の体と接触するため、着用者の生体電気信号を取得することができる。

基準電極を設ける場合には、第１の実施の形態と同様に、正電極および負電極として機能する電極２０３ａ，２０４ａ以外の別の電極２０３ａまたは２０４ａを基準電極とすればよい。
その他の構成は第１の実施の形態で説明したとおりである。

本発明は、生体電気信号を取得する技術に適用することができる。

２０…着用者、２１…衣服、２００…心臓、２０３，２０３ａ，２０４，２０４ａ…電極、２１０…左の乳房部、２１１…左の側胸部の腹側ないし左の腋窩部、２１２…左の側胸部の背側、２１３…右の乳房部、２１４…右の側胸部の腹側ないし右の腋窩部、２１５…右の側胸部の背側、２２１…左の肩甲骨、２２２…左の肩甲骨の下角、２２３…右の肩甲骨、２２４…右の肩甲骨の下角、２３１，２３２…配線、２３３…生体信号取得装置。

Claims

衣服の着用者の生体電気信号を検出するウェアラブル電極において、
着用者の左の乳房部の皮膚と左の側胸部の腹側の皮膚ないし左の腋窩部の皮膚と左の側胸部の背側の皮膚とに同時に接触し得るように衣服に固定された１つ以上の第１の電極と、
着用者の右の乳房部の皮膚と右の側胸部の腹側の皮膚ないし右の腋窩部の皮膚と右の側胸部の背側の皮膚とに同時に接触し得るように衣服に固定された１つ以上の第２の電極とを備え、
前記第１の電極は、さらに着用者の左の肩甲骨の下角の位置の背側の皮膚と接触し得る所まで背側の部分が延長された形状を有し、
前記第２の電極は、さらに着用者の右の肩甲骨の下角の位置の背側の皮膚と接触し得る所まで背側の部分が延長された形状を有することを特徴とするウェアラブル電極。
請求項１記載のウェアラブル電極において、
互いに分離して設けられた複数の前記第１の電極と互いに分離して設けられた複数の前記第２の電極とは、一部が正電極で他の一部が負電極となり、正電極および負電極として機能する電極以外の前記第１の電極または前記第２の電極は基準電極となることを特徴とするウェアラブル電極。