JP6650566B2 - 電極装置 - Google Patents

Description

本開示は、電極装置に関する。

特許文献１は、人体通信用の電極群である複数の電極を有したカプセル医療システムを開示している。

特開２００９−１３１３２１号公報

特許文献１に開示の構成では、取り付ける向きを誤ると、電極の極性が合わず、装置が正しく動作しない恐れがある。

本開示は取り付ける向きにかかわらず、電極の極性を誤ることを防止した電極装置を提供することを目的とする。

本開示の電極装置は、第１の部材に配置された第１の電極組に着脱自在で、第１の電極と、第１の電極と異なる電気極性を有する第２の電極とを有する第２の電極組と、鉛直方向を検出するセンサと、を備える。そして、第２の電極組は、第１の電極組の配置に対応して配置され、第１の電極及び第２の電極の電気極性は、センサの出力に基づいて決定される。

本開示の他の電極装置は、第１の電極組が配置された第１の部材と、第１の電極組の配置に対応して配置される第２の電極組及び鉛直方向を検出するセンサを有する第２の部材と、を備える。そして、第１の電極組と第２の電極組とは互いに着脱自在であり、第２の電極組の電気極性は、センサの出力に基づいて決定される。

本開示によれば、取り付ける向きにかかわらず、電極の極性が逆になることを防止した電極装置を提供できる。

ウェア上の電極に生体センサ装置を取り付けるイメージ図 ウェア上の電極に生体センサ装置が取り付けられたイメージ図 ウェア上の電極に生体センサ装置を取り付ける様子を拡大したイメージ図 ウェア上の電極と生体センサ装置の電気的構成図 ウェア上の電極が検出する心電波形のイメージ図 ウェアに生体センサ装置を取り付けたときの加速度センサの出力（プラス）を説明するための図 ウェアに生体センサ装置を取り付けたときの加速度センサの出力（マイナス）を説明するための図

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、出願人は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

（実施の形態）
以下、本開示にかかる電極装置を搭載したシステムの具体的な実施の形態として、心電検出システム１０のウェア１００及び、生体センサ装置２００の構成について詳細を説明する。心電検出システム１０及び生体センサ装置２００はいずれも電極装置の一例である。

図１Ａ及び図１Ｂは、着衣して心電を検出するためのウェア１００の例を示す。図１Ａは、生体センサ装置２００を取り外しているときのウェア１００のイメージ図である。図１Ｂは、生体センサ装置２００を装着しているときのウェア１００のイメージ図である。更に、図２は、ウェア１００上の電極に生体センサ装置２００を取り付ける様子を拡大したイメージ図である。生体センサ装置２００は、ウェア１００を洗濯可能とするために、ウェア１００に対して自由に着脱可能な構成となっている。

ウェア１００には、心電を検出する一対の電極として、第１のウェア電極１１０（１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ）と、第２のウェア電極１２０（１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ）が形成されている。

第１のウェア電極１１０は、人肌と接触する第１の接触部位１１０ａと、生体センサ装置２００と接続する第１の接続部１１０ｃと、第１の接触部位１１０ａと第１の接続部１１０ｃを電気的に接続するための第１の配線部１１０ｂで構成される。

同様に第２のウェア電極１２０は、人肌と接触する第２の接触部位１２０ａと、生体センサ装置２００と接続する第２の接続部１２０ｃと、第２の接触部位１２０ａと第２の接続部１２０ｃを電気的に接続するための第２の配線部１２０ｂで構成される。

第１の接触部位１１０ａおよび第２の接触部位１２０ａは、銀などの金属や、カーボン、導電性有機物などを表面にコーティングした導電性繊維などにより、パッド状に形成される。これにより、導電性を有しつつ、肌との良好な接触性を確保することができる。図１Ａ及び図１Ｂに示すように、第１の接触部位１１０ａは、ユーザがウェア１００を装着した場合に右側に位置するように配置され、第２の接触部位１２０ａは、左側に位置するように配置される。

第１の配線部１１０ｂおよび第２の配線部１２０ｂも、第１の接触部位１１０ａおよび第２の接触部位１２０ａと同様に導電性繊維で形成される。もしくは、肌との接触に違和感がないような構成で形成される場合は、金属製のリードワイヤなどで形成されても構わない。

第１の接続部１１０ｃ及び第２の接続部１２０ｃは、図１Ａに示すように、ユーザがウェア１００を装着した場合に、鉛直方向に並んで位置するように配置される。図１Ａに示す例では、第１の接続部１１０ｃが第２の接続部１２０ｃの下側に配置される。第１の接続部１１０ｃおよび第２の接続部１２０ｃは、着脱相手である生体センサ装置２００との電気的接続が自在にできるように、金属性のボタン、フックなどで形成されるか、磁気引力を有する金属材料などで形成される。

生体センサ装置２００は、図２に示すように、第１の装置電極２１０、第２の装置電極２２０を備え、第１の装置電極２１０はウェア１００の第１の接続部１１０ｃと、第２の装置電極２２０はウェア１００の第２の接続部１２０ｃと、それぞれ着脱可能な構造で機械的かつ電気的に接続される。また、生体センサ装置２００は加速度センサ２６０を備える。加速度センサの詳細は後述する。

生体センサ装置２００は、第１のウェア電極１１０及び第２のウェア電極１２０を介して検出した心電信号を演算処理および通信する機能を有する。ウェア１００と生体センサ装置２００とが一体となって、ウェア１００を着たユーザの心拍由来の心電を検出する心電検出システム１０を構成する。

ここで、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、第２のウェア電極１２０はプラスの電気極性を有し、第１のウェア電極１１０はマイナスの電気極性を有している。そのため、ウェア１００に装着する生体センサ装置２００の電気極性が第１のウェア電極１１０及び第２のウェア電極１２０の電気極性と一致していなければ、生体センサ装置２００は正しい心電情報を得ることができない。

一方、生体センサ装置２００をウェア１００に装着する度に、一対の電極の電気極性が一致しているか否かを確認するのは、ユーザにとって煩わしい作業となる。そのため、本開示の生体センサ装置２００は、加速度センサ２６０を備え、加速度センサ２６０の出力に応じて、第１のウェア電極１１０及び第２のウェア電極１２０と接続する電極の電気極性を切り替える。これにより、ウェア１００に装着する生体センサ装置２００の向きをユーザが意識することなく、常に正しい心電情報を得ることができるようになる。

図３は、ウェア１００上の電極と生体センサ装置２００の電気的構成図である。

生体センサ装置２００には、心電信号を電気的に処理するための回路が内蔵されている。すなわち、生体センサ装置２００は、第１の装置電極２１０と、第２の装置電極２２０、アナログ信号処理を行うＡＦＥ（Ａｎａｌｏｇ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ）回路２３０、デジタル演算処理を行うＣＰＵ２４０、他のデバイスとデータ通信を行う通信部２５０、加速度センサ２６０、電源部（不図示）などから構成される。

人体から発せられる心電信号は、ウェア１００に形成され、かつ、人体と接触する第１の接触部位１１０ａと第２の接触部位１２０ａで検出される。検出された心電信号は、第１の配線部１１０ｂ及び第２の配線部１２０ｂを介して、第１の接続部１１０ｃ及び第２の接続部１２０ｃに伝達される。そして、心電信号は、第１の接続部１１０ｃおよび第２の接続部１２０ｃに接続された生体センサ装置２００の第１の装置電極２１０および第２の装置電極２２０を通じてＡＦＥ回路２３０に流れ込む。

ＡＦＥ回路２３０は、入力された心電信号に対してアナログ的なフィルタ処理、増幅処理などを施す。その後、ＡＦＥ回路２３０は、心電信号をアナログからデジタルの信号にＡＤ変換し、デジタル化された心電信号をＣＰＵ２４０に送る。

ＣＰＵ２４０は、デジタル化された心電信号に対して、デジタル的なフィルタ処理や、その他様々なデジタル演算処理を施す。その後、ＣＰＵ２４０は、デジタル処理された心電信号を通信部２５０に送る。

通信部２５０は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）やＷｉＦｉなどの無線通信手段か、もしくはＵＳＢなどの有線通信手段により構成される。通信部２５０は、デジタル処理された心電信号を、表示部などを有する外部のデバイスに送信する。デジタル処理された心電信号を受信した外部のデバイスは、表示部に心電波形を描画して表示する。なお、通信部２５０は、心電信号をリアルタイムに画部のデバイスに送信してもよいし、メモリに記録された心電信号のデータを必要に応じて送信することもできる。

加速度センサ２６０は、生体センサ装置２００が正しい方向でウェア１００に装着された状態でユーザがウェア１００を着衣して直立した場合に、加速度を検出可能な軸が鉛直方向に沿うような向きで、生体センサ装置２００内に配置されている。加速度センサ２６０は、検出した加速度信号をＣＰＵ２４０に送信する。なお、加速度センサ２６０は、万歩計（登録商標）や活動量計などの機能を実現するためのセンサとして兼用してもよい。

電源部（不図示）は、ＡＦＥ回路２３０、ＣＰＵ２４０、通信部２５０が電気的に駆動できるように電源を供給する。電源部として、多くの場合は、ノイズの抑制や携帯性などの観点から電池が使われるが、ＡＣアダプタなどによる電源供給の構成でも構わない。

続いて、上記のように構成された生体センサ装置２００の動作について説明する。

心電波形は図４に示すような形状をしており、プラスマイナスの極性を有している。それゆえ、生体センサ装置２００が正しい極性で心電信号を検出しない場合には、心電波形の極性が反転してしまい、生体センサ装置２００内での電気的な処理に不備が生じたり、通信された外部デバイスに表示される心電波形の極性が反転してしまう問題がある。

そこで、本実施の形態では、加速度センサ２６０で検出された重力加速度信号の極性により、生体センサ装置２００がウェア１００に対して正しい向きで装着されたのかどうかをＣＰＵ２４０が判定する。そして、ＣＰＵ２４０は、その判定結果に基づいて心電波形をそのまま処理するのか極性を反転させてから処理するのかを切り替える。

図５Ａは、生体センサ装置２００を正規の向きに取り付けたときの加速度センサ２６０の出力を説明するための図であり、図５Ｂは、生体センサ装置２００を逆向きに取り付けたときの加速度センサ２６０の出力を説明するための図である。ユーザが、生体センサ装置２００をウェア１００に対して正規の向きに取り付けた場合、図５Ａに示すように、加速度センサ２６０は、ＣＰＵ２４０に＋１ｇの重力に相当する加速度値を示す加速度信号を送信する。一方、ユーザが、生体センサ装置２００をウェア１００に対して正規の向きとは反対の向きに取り付けた場合、図５Ｂに示すように、加速度センサ２６０は、ＣＰＵ２４０に−１ｇの重力に相当する加速度値を示す加速度信号を送信する。

ＣＰＵ２４０は、＋１ｇを示す加速度信号が入力されたときは、生体センサ装置２００は正規の向きに装着されたと判断して、心電波形をそのまま処理する。一方、ＣＰＵ２４０は、−１ｇを示す加速度信号が入力されたときは、生体センサ装置２００が逆向きに装着されたと判断して、心電波形の極性を正負反転させた後に処理を行う。

つまり、生体センサ装置２００がウェア１００に対してどちらの向きに接続されても、ＣＰＵ２４０は、正しい極性に基づいて心電波形を処理することができるため、ユーザは、生体センサ装置２００をウェア１００に装着する際における向きを気にする煩わしさを解消することができる。

ＣＰＵ２４０が加速度センサ２６０からの信号に基づき第１の装置電極２１０及び第２の装置電極２２０の極性を判断するタイミングは、心電信号を検出するタイミングでもよいし、生体センサ装置２００の電源がオンされるタイミングでもよい。

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。そこで、以下、他の実施の形態を例示する。

上記実施の形態では、ウェア１００としてシャツの形態を例示したが、本開示は、これに限定されない。すなわち、ウェア１００はシャツの形態ではなく、例えば、パンツ、タイツ、靴下など他の形態であってもよい。

上記実施の形態では、電極装置として心電波形を処理する生体センサ装置２００を例示したが、本開示はこれに限定されない。すなわち、本開示の電極装置は、着脱可能なデバイスであれば、生体センサ装置２００以外のデバイスにも展開可能である。即ち、鉛直方向の上下方向に配置され極性を有する一対の電極を備えたデバイスに適用できる。

上記実施の形態では、図１Ａに示すように、ユーザがウェア１００を装着した場合に、第１の接続部１１０ｃが第２の接続部１２０ｃの下側に配置されるが、上下を逆に配置することもできる。この場合、生体センサ装置２００の第１の装置電極２１０と第２の装置電極２２０との関係も逆になる。

上記実施の形態では、電極装置における一対の電極の鉛直方向の向きを判定するために加速度センサ２６０を用いたが、これに限定されるものではない。例えば、鉛直方向の向きに応じて変位するアクチュエータ等を備え、アクチュエータの変位をフォトセンサ等により検知することで電極装置の装着方向を判定することもできる。

以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。

したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、請求の範囲またはその均等の範囲において、種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示に電極装置は、生体センサ装置への適用に限定されず、着脱を要する各種の装置に適用可能である。

１０ 心電検出システム
１００ ウェア
１１０ 第１のウェア電極
１１０ａ 第１の接触部位
１１０ｂ 第１の配線部
１１０ｃ 第１の接続部
１２０ 第２のウェア電極
１２０ａ 第２の接触部位
１２０ｂ 第２の配線部
１２０ｃ 第２の接続部
２００ 生体センサ装置
２１０ 第１の装置電極
２２０ 第２の装置電極
２３０ ＡＦＥ回路
２４０ ＣＰＵ
２５０ 通信部
２６０ 加速度センサ

Claims (6)

1. 第１の部材に配置された第１の電極組に着脱自在で、第１の電極と、前記第１の電極と異なる電気極性を有する第２の電極とを有する第２の電極組と、
   鉛直方向を検出するセンサと、を備え、
   前記第２の電極組は、前記第１の電極組の配置に対応して配置され、
   前記第１の電極及び前記第２の電極の電気極性は、前記センサの出力に基づいて決定される、電極装置。
2. 前記センサは加速度センサである、請求項１記載の電極装置。
3. 前記第１の電極及び前記第２の電極は生体センサの電極である、請求項１記載の電極装置。
4. 第１の電極組が配置された第１の部材と、
   前記第１の電極組の配置に対応して配置される第２の電極組及び鉛直方向を検出するセンサを有する第２の部材と、を備え、
   前記第１の電極組と前記第２の電極組とは互いに着脱自在であり、
   前記第２の電極組の電気極性は、前記センサの出力に基づいて決定される、電極装置。
5. 前記センサは加速度センサである、請求項４記載の電極装置。
6. 前記第２の電極組は生体センサの電極組である、請求項４記載の電極装置。
   

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