JP7137812B2 - Device and measurement system capable of applying electrical stimulation and detecting muscle contraction - Google Patents
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特許法第30条第2項適用 1.発行日:平成29年12月11日 刊行物:国際学会Bio4Apps(International conference on BioSensors, BioElectronics, BioMedical Devices,BioMEMS/NEMS&Applications)2017 Bio4Apps Progaram Committee 公開者:竹下俊弘、吉田学、大内篤、檜顕成、内田広夫、小林健 内容:生体信号を検知するための起毛電極を含むウェアについて 2.発表日:平成29年12月12日(開催期間 平成29年12月11日~13日) 集会名:International conference on BioSensors, BioElectronics,BioMedical Devices,BioMEMS/NEMS&Applications 2017 (Bio4Apps 2017) 開催場所:東京大学 弥生講堂(東京都文京区) 内容:講演番号 Oral Session TA2 「Multi-lead ECG measuring wear fabricated by printed electronics and electrostatic flocking technology」の口頭発表資料 3.発行日:平成29年12月11日 刊行物:国際学会Bio4Apps(International conference on BioSensors, BioElectronics,BioMedical Devices,BioMEMS/NEMS&Applications)2017 Bio4Apps Progaram Committee 公開者:竹井裕介、後藤慎太郎、高松誠一、小林健 内容:極薄シリコンピエゾ抵抗膜素子を用いたフレキシブルな圧力センサについて Application of Article 30,
特許法第30条第2項適用 4.発表日:平成29年12月11日(開催期間 平成29年12月11日~13日) 集会名:International conference on BioSensors,BioElectronics,BioMedical Devices,BioMEMS/NEMS&Applications 2017(Bio4Apps 2017) 開催場所:東京大学 弥生講堂(東京都文京区) 内容:講演番号 Oral Session MM1 「Frexible pressure sensor based on ultra-thin Si piezo-resistive membrane」の口頭発表資料 5.発行日:平成29年10月24日 刊行物:平成29年電気学会センサ・マイクロマシン部門大会 第34回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文集 一般社団法人電気学会 専務理事 酒井祐之 公開者:竹井裕介、後藤慎太郎、高松誠一、伊藤寿浩、小林健 内容:極薄シリコンピエゾ抵抗膜素子を用いたフレキシブルな圧力センサについて 6.発表日:平成29年10月31日(開催期間 平成29年10月31日~11月02日) 集会名:第34回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウムポスター発表 開催場所:広島国際会議場(広島市) 内容:講演番号02pm1-PS-223 「極薄シリコンピエゾ抵抗素子を用いたフレキシブルな圧力センサ」の口頭発表資料 Application of Article 30,
特許法第30条第2項適用 7.公開日:平成29年11月18日 公開場所:学会事務局Shirley Galloway氏から発表者へ配信されたメール媒体 公開者:竹井裕介、吉田学、竹下俊之、小林健 内容:国際学会MEMS2018(The 31st IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems)のPreliminary Technical Programにおけるアブストラクト(発表者のチェック用) 8.ウェブサイトからダウンロードした日:平成29年11月29日 掲載アドレス:http://www.mems2018.org/program/MEMS2018_PreliminaryProgram.pdf 公開者:学会事務局 内容:国際学会MEMS2018(The 31st IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems)のPreliminary Technical ProgramにおけるアブストラクトApplication of Article 30,
特許法第30条第2項適用 1.ウェブ掲載日:平成30年1月11日 掲載アドレス:http://www.mems2018.org/program/MEMS2018_FinalProgram.pdf 公開者:竹井裕介、吉田学、竹下俊之、小林健 内容:国際学会MEMS2018(The 31st IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems)のFinal Technical ProgramにおけるアブストラクトApplication of Article 30,
本発明は、生体に装着可能なデバイスおよび計測システムに係り、具体的には、生体に電気的な刺激を与えそれに応じた筋収縮を検出可能なデバイスおよび計測システムに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a device and a measurement system that can be worn on a living body, and more specifically, to a device and a measurement system that can apply electrical stimulation to a living body and detect muscle contraction in response thereto.
近年、筋肉を電気的に刺激するデバイスが筋肉トレーニングに活用されている(例えば、特許文献1参照。)。電極を皮膚に接触させて、複数の電極間に電圧パルスを印加することで、筋肉が刺激され、筋肉の収縮が生じて、運動を行ったのと同様の効果が得られるというものである。 In recent years, devices that electrically stimulate muscles have been used for muscle training (see, for example, Patent Document 1). By bringing the electrodes into contact with the skin and applying a voltage pulse across multiple electrodes, the muscles are stimulated and contract, producing the same effect as exercise.
筋肉は電気的な刺激に応じて活動するが、この活動状況を検知する方法としてこれまでは、筋肉の収縮によって生じる電気的な信号、いわゆる筋電を検知するのが一般的であった。 Muscles are activated in response to electrical stimulation, and so far, as a method of detecting this activity state, it has been common to detect electrical signals generated by muscle contraction, so-called myoelectricity.
しかし、筋電は数mV(ミリボルト)の電気信号に対して、筋肉を収縮させるために必要な電気刺激は数百V(ボルト)であり、最大で5桁も電圧の大きさが異なり、かつ両方とも皮膚表面の電位を計測する必要があるため、同時に計測することは非常に困難であった。 However, myoelectricity requires several hundred volts (volts) of electrical stimulation to contract a muscle against an electrical signal of several millivolts (millivolts). Since it is necessary to measure the electric potential of the skin surface for both, it was very difficult to measure simultaneously.
このような状況において、筋肉の活動状況を知るために、筋肉が収縮する際に発生する圧力波が注目されている。この圧力波は、筋音図、あるいは筋音(Mechanomyogram(MMG)と呼ばれている(例えば、非特許文献1参照。)。 Under such circumstances, pressure waves generated when the muscles contract are attracting attention in order to know the activity status of the muscles. This pressure wave is called a mechanogram (MMG) (see, for example, Non-Patent Document 1).
本発明の目的は、筋肉の電気刺激とその刺激による筋肉の活動状況の検出を並行して行うことが可能な、新規で有用なデバイスおよび計測システムを提供することである。 An object of the present invention is to provide a novel and useful device and measurement system capable of simultaneously performing electrical stimulation of muscles and detection of activity status of muscles by the stimulation.
本発明の一態様によれば、電気的刺激による筋収縮を検出可能なデバイスであって、伸縮性を有するシート体と、上記シート体上に設けられた少なくとも2つの電極であって、可撓性の樹脂層とその表面に少なくとも外側に延びる複数の導電性繊維とを有する、上記少なくとも2つの電極と、上記シート体上に設けられ、前記少なくとも2つの電極の間に配置される歪検出素子と、を備え、被検者の測定部に上記少なくとも2つの電極および上記歪検出素子を当接させ、その少なくとも2つの電極間に電気信号を供給して上記測定部に刺激を与えることによって、上記歪検出素子により上記刺激に対する測定部の歪みを検出可能である、上記デバイスが提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided a device capable of detecting muscle contraction due to electrical stimulation, comprising: a stretchable sheet body; and at least two electrodes provided on the sheet body. a strain sensing element provided on the sheet body and arranged between the at least two electrodes; and, by bringing the at least two electrodes and the strain sensing element into contact with the measurement section of the subject, and supplying an electrical signal between the at least two electrodes to stimulate the measurement section, The device is provided, wherein the strain sensing element is capable of detecting the strain of the measuring portion in response to the stimulus.
上記態様によれば、少なくとも2つの電極に供給された電気信号により測定部の筋肉に電気刺激を与えるとともに、その刺激による測定部に生じる歪みを歪検出素子によって検出することで筋肉の活動状況の検出を行うことが可能なデバイスが提供できる。上記態様のデバイスは、少なくとも2つの電極の間に歪検出素子が配置されているので、電気刺激により収縮した測定部の歪み(歪みの変化を含む。)を歪検出素子によって検出することで筋肉の筋音を効率よく検出できる。 According to the above aspect, the muscles of the measurement section are electrically stimulated by the electrical signals supplied to at least two electrodes, and the distortion caused in the measurement section by the stimulation is detected by the strain detection element, thereby estimating the state of activity of the muscles. A device capable of detecting can be provided. In the device of the above aspect, since the strain detection element is arranged between at least two electrodes, the strain detection element detects the strain (including changes in strain) of the measuring section contracted by the electrical stimulation, and the muscle is detected by the strain detection element. muscle sound can be detected efficiently.
本発明の他の態様によれば、上記態様のデバイスと、上記電極に電気信号を供給し、被検者の測定部に刺激を与えることが可能な電気信号供給部と、上記歪検出素子の歪みを検出する検出部と、上記前記電気信号供給部を制御する制御部と、上記検出部からの歪みを表す信号を解析する解析部と、を備える、計測システムが提供される。 According to another aspect of the present invention, the device according to the aspect described above, an electrical signal supply unit capable of supplying an electrical signal to the electrodes and stimulating the measurement unit of the subject, and the strain detection element. A measurement system is provided that includes a detection unit that detects strain, a control unit that controls the electrical signal supply unit, and an analysis unit that analyzes a signal representing the strain from the detection unit.
上記態様によれば、電気信号供給部によりデバイスの少なくとも2つの電極に電気信号を測定部に供給して筋肉に電気刺激を与えるとともに、その刺激による測定部に生じる歪みに対応する歪検出素子の歪み(歪みの変化を含む。)を検出部によって検出することで筋肉の活動状況の検出を行うことが可能な計測システムが提供できる。 According to the above aspect, the electrical signal supply section supplies electrical signals to at least two electrodes of the device to the measurement section to apply electrical stimulation to the muscles, and the strain detection element responds to the strain generated in the measurement section due to the stimulation. It is possible to provide a measurement system capable of detecting muscle activity by detecting strain (including changes in strain) by the detector.
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。なお、複数の図面間において共通する要素については同じ符号を付し、その要素の詳細な説明の繰り返しを省略する。 An embodiment of the present invention will be described below based on the drawings. Elements that are common among a plurality of drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated detailed description of the elements is omitted.
図1は、本発明の一実施形態に係るデバイスの(a)平面図および(b)使用状態を示す断面図である。図1(a)および(b)を参照するに、デバイス10は、伸縮性を有するシート体11と、シート体11の表面に設けられた2つの電極12および歪検出素子13とを含む。2つの電極12はそれぞれその表面に複数の導電性繊維15を有する。歪検出素子13は、2つの電極12の間に配置される。デバイス10は、図1(b)に示すように、2つの電極12の導電性繊維15および歪検出素子13を被験者の測定部MOの皮膚に接触させ、2つの電極12間に、電気信号、例えばパルス状の電圧を印加して電気的刺激を測定部MOに与える。この電気的刺激により、測定部MOの筋肉全体の動きや筋繊維の振動や筋繊維自体の拡大および縮小等が発生し、それによって生じる圧力波(いわゆる、筋音)を受けた歪検出素子13は歪みとして検出する。圧力波により皮膚が変形するので皮膚歪みとも称する。なお、電極12および歪検出素子13の配線部の図示は省略している。
FIG. 1 is (a) a plan view and (b) a sectional view showing a state of use of a device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIGS. 1(a) and 1(b), the
シート体11は、伸縮性を有する電気的に絶縁性の材料であれば特に制限はなく、例えば、ナイロンやポリエステルなどの合成繊維による織物、ウレタンなどの熱硬化性樹脂系のエラストマーによるシート、ブチルゴムなどの合成ゴムによるシート、シリコーンなどの合成高分子化合物によるシートなどを用いることができる。
The
図2は、本発明の一実施形態に係るデバイスの電極の断面図である。図2を図1と合わせて参照するに、電極12は、シート体11の表面に樹脂層14と、一方の先端が樹脂層14中に挿入されて保持され、他の部分が樹脂層14から外側に露出して互いに接触する複数の導電性繊維15とからなる。
FIG. 2 is a cross-sectional view of an electrode of a device according to one embodiment of the invention. Referring to FIG. 2 together with FIG. 1, the
樹脂層14は、シート体11の表面に導電性繊維15を上述した形態を形成する接着剤による層であり、可撓性を有し、例えば、シリル化ウレタン系の弾性接着剤、アクリルエマルジョンなどのエマルジョン系接着剤などを用いることができる。樹脂層14は導電性材料でもよく、絶縁材料でもよい。樹脂層14はシート体11に対して接着性の高い材料が好ましく、その材料選択の幅が広い点で、導電性材料よりも絶縁材料が好ましい。
The
導電性繊維15は、例えば、カーボンナノファイバー、金属繊維、導電性高分子を被着した化学繊維、金属めっき膜を形成した金属繊維あるいは化学繊維を用いることができる。金属めっき膜の金属材料としては、銅、銀、金等の導電性の高い金属が用いることができる。導電性繊維15は、その線径及び繊維長を適宜選択することができる。導電性繊維15は、電極12の導電率や電極12の変形に対する追従性および身体に接触させる場合の柔軟性や快適性等を考慮し、例えば導電性繊維15の線径を20μm以下、繊維長を0.1mm以上0.5mm以下とする針状体となる短繊維であることが好ましい。導電性繊維15は、電極12に必要とされる伸縮や変形に対して安定して電極として機能するよう、その線径や繊維長に合せて単位面積当たりの本数や樹脂層14の表面に対する角度が設定され、さらに、導電性繊維15が延びる方向は電極12の表面の面内方向成分が等方性あるいは所定の異方性を有するように設定される。
As the
電極12は、その表面の導電性繊維15が表面から外側に延びているので、被験者の測定部との接触が良好であり、電極12を測定部に押しつける圧力を低減しても十分小さい接触抵抗を実現できる。さらに、電極12は、樹脂層14が可撓性を有するので被験者の測定部が窪んだり凹んだりしている場合でもその形状に追従可能であり、この点でも電極12と測定部との接触抵抗を低減できる。また、電極12は、被験者に動きがある場合に電極12が接触する測定部の位置がずれたときでも、良好な接触状態を確保できる。また、電極12は、測定部との密着性を確保するための粘着性シートを使用していないので、粘着性の劣化もなく、測定部に粘着成分が付着することもない。
Since the
図3は、本発明の一実施形態に係るデバイスの歪検出素子の(a)平面図および(b)使用状態を示す断面図である。図3(a)および(b)を参照するに、歪検出素子13は、フレキシブル基板18と、その上に、歪検出膜19と、歪検出膜19上の両端に形成された電極20と、電極20と電気的に接続するための導電性ペースト21および電極22と、これらを覆う保護層23を含む。
FIG. 3 is (a) a plan view and (b) a cross-sectional view showing a state of use of a strain sensing element of a device according to an embodiment of the present invention. 3A and 3B, the
歪検出膜19は、例えば、歪みにより抵抗値が変化するピエゾ抵抗効果を示す材料を用いることができる。ピエゾ抵抗効果を示す材料として、半導体材料であることが好ましく、例えば、p型シリコン層にn型ドーパントであるP(リン)またはAs(ヒ素)をイオン注入したシリコンピエゾ抵抗膜を用いることが好ましい。このようなピエゾ抵抗効果を示す半導体材料では、歪みに対する電気抵抗の変化率、いわゆるゲージ率が、金属材料により形成した歪ゲージよりも数十倍高く、さらに時間分解能に優れているので金属材料により形成した歪ゲージよりよりも高い周波数の歪み変化を検出できる。また、シリコンピエゾ抵抗膜は、薄膜、例えば厚さ5μmなので、可撓性に優れ、被験者の測定部の形状およびその変化に応じて良好な接触状態を確保できる。
For the
なお、歪検出膜19としてn型ドーパントを注入したp型シリコン層であるドープトシリコン層を用いる場合、その下地層として、図3(b)に示すように、シリコン層25を用いることができる。歪検出膜19にピエゾ抵抗効果を示す材料を用いた場合、歪検出素子13には、ホイートストンブリッジ(不図示)が接続され、歪みによる抵抗変化を検出する。
When a doped silicon layer, which is a p-type silicon layer into which an n-type dopant is implanted, is used as the
歪検出膜19として、圧電効果を示す材料、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)や窒化アルミニウム(AlN)を用いてもよい。圧電効果を示す材料は、外部からの応力により起電力を生じるので、その起電力により結果的に歪みを検出可能である。
A material that exhibits a piezoelectric effect, such as lead zirconate titanate (PZT) or aluminum nitride (AlN), may be used as the
フレキシブル基板18は、可撓性を有する材料からなる。フレキシブル基板18は、例えば、プラスチック基板、紙、布、ガラス、シリコン薄膜などを用いることができる。プラスチック基板としては、例えば、極性基のついたポリノルボルネン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、ナイロン、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリスルホン(PSF)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリアリレート(PAR)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリイミドなどを用いることができる。ガラスおよびシリコン薄膜は厚さが50μm以下であることが、可撓性が良好である点で好ましい。
The
電極20,22は、導電性材料からなり、例えば、Au(金)、Ag(銀)、Cu(銅)、Al(アルミニウム)等の金属または合金や塗布した導電性ペーストを用いることができる。
The
導電性ペースト21は、上述した金属の粉末を含むペーストであり、硬化あるいは乾燥後に伸縮性(ストレッチャブル性)を有する材料、例えば、ストレッチャブル導電性接着剤を用いてもよい。
The
保護層23は、絶縁材料からなり、可撓性を有することが好ましい。保護層23は、例えば、ウレタンなどの熱硬化性樹脂系のエラストマー、ブチルゴムなどの合成ゴム、シリコーンなどの合成高分子化合物を用いることができる。
The
上記の図1~図3を参照して述べたように、本実施形態に係るデバイス10は、伸縮性を有するシート体11と、その上に設けられた、可撓性の樹脂層14に形成された複数の導電性繊維15を有する電極と、フレキシブル基板18上に形成された薄膜の歪検出膜19を有する歪検出素子13とを含んでいる。このようにデバイス10は柔軟な素材で構成されているので、衣服やパッチなどに装着可能であり、ウェアラブル・デバイスとして使用可能である。また、デバイス10は、2つの電極12に供給された電気信号により測定部MOの筋肉に電気刺激を与えるとともに、その刺激による測定部MOに生じる歪みを歪検出素子13によって検出することで筋肉の活動状況の検出を行うことが可能である。また、デバイス10は、2つの電極12の間に歪検出素子13が配置されているので、電気刺激により収縮した測定部MOの歪みを歪検出素子13によって検出することで筋肉の筋音を効率よく検出できる。
As described above with reference to FIGS. 1 to 3, the
なお、電極12に電気信号を供給する電気信号配線部(不図示)とその入力端をシート体11上に設けることができる。電気信号配線部は、シート体11の面上において、電極12と入力端とを結ぶ方向に対してその横方向に繰り返し蛇行する配線膜を有する。デバイス10を被検者の測定部に装着した際に電気信号配線部に引張応力が印加されても構造的に伸長することができる。
An electric signal wiring portion (not shown) for supplying an electric signal to the
また、歪検出素子13から歪み対応する信号を出力する歪検出配線部(不図示)とその出力端をシート体11上に設けることができる。歪検出配線部は、シート体11の面上において、歪検出素子13の電極22と出力端とを結ぶ方向に対してその横方向に繰り返し蛇行する配線膜を有する。デバイス10を被検者の測定部に装着した際に歪検出配線部に引張応力が印加されても構造的に伸長することができる。
Further, a strain detection wiring portion (not shown) for outputting a signal corresponding to strain from the
図4は、本発明の一実施形態に係るデバイスの変形例を示す平面図である。図4(a)~(c)を参照するに、デバイス40,41,42は、シート体11と、シート体11の表面に設けられた2つの電極12と、2つの電極12の間に配置される複数の歪検出素子13とを含む。
FIG. 4 is a plan view showing a variant of the device according to one embodiment of the invention. Referring to FIGS. 4(a) to 4(c),
図4(a)に示すデバイス40は、3つの歪検出素子13を有しており、その歪検出素子13が2つの電極12の配列方向に対して垂直に配列されている。これにより、3つの歪検出素子13を多数の筋繊維に対して垂直に配置されるようにデバイス40を装着することで、筋肉全体の動きを検出することができる。なお、歪検出素子13は、2つでもよく、4つ以上でもよい。
A
図4(b)に示すデバイス41は、3つの歪検出素子13を有しており、その歪検出素子13が2つの電極12の配列方向に沿って配列されている。これにより、3つの歪検出素子13を筋繊維の長さ方向に沿って配置されるようにデバイス41を装着することで、筋繊維の部分的な拡大・縮小を検出することができる。なお、歪検出素子13は、2つでもよく、4つ以上でもよい。
A
図4(c)に示すデバイス42は、9つの歪検出素子13を有しており、その歪検出素子13が2つの電極12の配列方向に沿って配列されるとともにそれに対して垂直な方向にも配列され、すなわち、3行3列のマトリックス状に配置されている。これにより、デバイス40とデバイス41の作用および効果を同時に得ることができる。なお、歪検出素子13は、行および列の数は2つでもよく、4つ以上でもよく、互いに異なってもよい。
The
図5は、本発明の一実施形態に係るデバイスの他の変形例の(a)平面図、使用状態を示す(b)概略図および(c)断面図である。図5(a)を参照するに、デバイス50は、シート体11と、シート体11の表面に設けられた2つの電極52と、2つの電極52の間に配置される歪検出素子13とを含む。2つの電極52は、それぞれ帯状であり、その長手方向が電極52の配列方向に対して垂直である。歪検出素子13は、電極52の長手方向に沿って複数配置されている。なお、電極52は、図2に示した電極12と同様の構成を有する。
FIG. 5 is (a) a plan view, (b) a schematic view showing a state of use, and (c) a cross-sectional view of another modification of the device according to one embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5(a), the
図5(b)を参照するに、デバイス50は、被験者の上腕部UAを囲むようにして、2つの電極52および歪検出素子13が上腕部UAの皮膚に接触するように装着する。この際、デバイス50の2つの電極52のそれぞれが上腕部UAの筋肉の長手方向に対して垂直になるように装着する。これにより、図5(c)に示すように、上腕部UAの上腕骨HUの周囲の筋肉MS、例えば、上腕筋、上腕二頭筋、上腕三頭筋等の複数の筋肉を帯状の電極52により同時に電気的刺激を与えることができ、それらの筋肉MSの収縮、筋音等を上腕部UAを囲むように配置した多数の歪検出素子13によって検出できる。なお、デバイス50は、シート体11の端部を互いに固定して装着してもよく、デバイス50を覆うサポータ(不図示)等を使用して圧力をかけてもよい。
Referring to FIG. 5(b), the
なお、デバイス50は、上腕部UAの他に、前腕部や脚部を囲むように装着してもよく、さらに腹筋または背筋の筋肉束に対して帯状の電極52が垂直になるように装着して、帯状の電極52に沿って配置された歪検出素子13によって幅広い筋肉束の部分的な収縮を個別に測定できる。
It should be noted that the
図6は、本発明の一実施形態に係るデバイスのその他の変形例の(a)平面図および(b)使用状態を示す断面図である。図6(a)および(b)を参照するに、デバイス60は、シート体11と、シート体11の表面に設けられた3つの電極62~64を含む。電極62~64は、それぞれ、歪検出素子13と、歪検出素子13を囲むように設けた複数の導電性繊維15を有する。電極62~64の導電性繊維15および歪検出素子13を被検者の測定部MOに接触させる。電極62~64は、3つが一方向に配列されおり、3つの電極62~64のうち、両側の2つ電極62,64の導電性繊維15に電気信号を供給して測定部MOに刺激を与え、電極63の歪検出素子13により刺激に対する測定部MOの歪みおよび歪みの変化を検出できる。
FIG. 6 is (a) a plan view and (b) a cross-sectional view showing another modification of the device according to the embodiment of the present invention in use. 6(a) and 6(b), the
図7は、本発明の一実施形態に係るデバイスのその他の変形例の平面図である。図7を参照するに、デバイス70は、シート体11と、シート体11の表面に設けられたマトリックス状に配置された電極72i,j(但し、iおよびjはそれぞれ行、列を示す添字(自然数)であり、i=1~3およびj=1~4である。)を含む。電極72i,jは、それぞれ、図6に示した電極62~64と同様の構造を有する。
FIG. 7 is a plan view of another variation of a device according to an embodiment of the invention; Referring to FIG. 7, the
デバイス70は、左右両側にある、電極72i,1と電極72i,4(i=1~3)との間にパルス状の電気信号を供給することで、電極72i,2および72i,3(i=1~3)が有する歪検出素子13により主に列方向に沿った筋繊維の拡大・縮小を検出することができる。また、デバイス70は、上下にある、電極721,jと電極723,j(j=1~4)との間にパルス状の電気信号を供給することで、電極722,j(j=1~4)が有する歪検出素子13により主に行方向に沿った筋繊維の拡大・縮小による歪みを検出することができる。さらに、パルス状の電気信号を供給する電極72i,jを上記の2方向を交互に切り換えたり、互いに斜め方向の電極72i,jに供給したりすることで、より複雑な筋繊維の拡大・縮小や筋肉全体の動きを歪検出素子13により検出できる。
The
図8は、本発明の一実施形態に係るデバイスのその他の変形例の平面図である。図8(a)を参照するに、デバイス80は、シート体11と、シート体11の表面に設けられた2つの電極82と、2つの電極82の間に配置される歪検出素子13とを含む。2つの電極82は、歪検出素子13を囲むように配置される。このように電極82を配置することで、パルス状の電気信号を電極82間に供給して、スポット状の範囲の測定部の筋肉の部分の動きを歪検出素子13により検出できる。
Figure 8 is a plan view of another variation of a device according to an embodiment of the invention; Referring to FIG. 8(a), the
図8(b)を参照するに、デバイス81は、シート体11と、シート体11の表面に設けられた4つの電極821~824と、4つの電極821~824に囲まれた歪検出素子13とを含む。歪検出素子13は、平面視四角形であり、電極821~824は歪検出素子13の四隅のそれぞれに隣接し、その隅の形状に沿ったかぎ形の辺を有する。デバイス81は、4つの電極821~824のうちの少なくとも2つにパルス状の電気信号を供給して、測定部の筋肉の部分の動きを歪検出素子13により微視的に検出できる。
Referring to FIG. 8B,
図9は、本発明の一実施形態に係るデバイスのその他の変形例の平面図である。図9を参照するに、デバイス90は、シート体11と、シート体11の表面に設けられた複数の電極92と、歪検出素子13とを含む。平面視において、電極92は十字状であり、歪検出素子13は四角形である。複数の歪検出素子13がマトリックス状に配置され、電極92が互いに隣接する4つの歪検出素子13の間あるいは中央に配置される。これにより、デバイス90は、電極92と歪検出素子13とを密に配置することができ、筋音の音源定位、つまり、複数の筋肉組織が束なった生体部位の中で収縮した筋肉を筋音によって特定が可能となる。
Figure 9 is a plan view of another variation of a device according to an embodiment of the invention; Referring to FIG. 9 ,
図10は、本発明の一実施形態に係るデバイスのその他の変形例の(a)平面図および(b)使用状態を示す断面図である。図10(a)および(b)を参照するに、デバイス100は、シート体11と、シート体11の表面に設けられた3つの電極102~104を含む。電極102~104は、歪検出素子13と、歪検出素子13を覆うように設けた複数の導電性繊維15を有する。歪検出素子13は、図2に示した樹脂層14とその上の導電性繊維15に覆われているが、樹脂層14が可撓性を有するので、樹脂層14に保持された複数の導電性繊維15が被験者の測定部の皮膚の歪の変化に対して追従できるので、被験者の測定部の歪みおよび歪みの変化が樹脂層14および導電性繊維15を介して歪検出素子13に反映される。それによって、歪検出素子13は被験者の測定部MOの歪み変化を検出できる。
FIG. 10 is (a) a plan view and (b) a cross-sectional view showing another modification of the device according to one embodiment of the present invention in use. 10(a) and (b), the
デバイス100は、電極102~104は、3つが一方向に配列されおり、複数の導電性繊維15を被検者の測定部MOに接触させる。3つの電極102~104のうち、両側の2つ電極102,104の導電性繊維15に電気信号を供給して測定部MOに刺激を与える。電極103の歪検出素子13により刺激に対する測定部MOの歪み変化を検出できる。
The
図11は、本発明の一実施形態に係るデバイスの電極の作製工程図である。以下、図11の(a)~(c)の工程図を参照しつつ電極の作製方法を説明する。 FIG. 11 is a manufacturing process diagram of an electrode of a device according to one embodiment of the present invention. A method for fabricating the electrodes will be described below with reference to the process diagrams of FIGS.
図11(a)の工程では、シート体11の上に樹脂層14を形成するために、電極12を形成する領域に接着剤14aを塗布する。例えば、電極の形状の開口部110aを有するマスク110を用いて、スキージ111により接着剤14aを開口部110aに塗布する。接着剤14aのパターニングにおいては、スクリーン印刷法、ステンシル印刷法、ディスペンシング法、スプレーコート法、インクジェット法などを用いることができる。樹脂層14の厚さは、導電性繊維15を植設可能な厚さ、例えば、10~1000μmが好ましい。
In the step of FIG. 11A, in order to form the
次いで、図11(b)の工程では、マスク110を取り除き、静電スプレー法により導電性繊維15を接着剤14aを形成した面に吹き付ける。具体的には、シート体11をアースした電極112に置き、静電スプレーガン113に電圧を印加した状態で、静電スプレーガン113から帯電した導電性繊維15をシート体11および接着剤14aの上に噴射する。導電性繊維15は、電気力線FLに沿って接着剤14aの層に入射する。この際、導電性繊維15は、静電スプレーガン113の噴射による運動エネルギーと、静電スプレーガン113と電極112との電位差による静電力により、その一端が接着剤14aの層に植設される。静電スプレー法の他に、スプレーコート法や静電植毛法などの公知の方法を用いてもよい。
Next, in the step of FIG. 11(b), the
次いで、図11(c)の工程では、接着剤14aを硬化させて樹脂層14を形成する。シート体11の表面に直接噴射された導電性繊維15をバキュームクリーナ114で吸引して除去する。弱粘着ローラーなどを用いて除去してもよい。これによって、複数の導電性繊維15を有する電極12が形成される。
11(c), the
なお、電極12からの配線部(不図示)を先の図11(b)の工程でシート体11の表面に電極12と同様にして形成し、配線部を覆う絶縁膜(不図示)を形成してもよい。絶縁膜は、絶縁シートや、絶縁ペーストを用いることができる。
A wiring portion (not shown) from the
図12は、本発明の一実施形態に係るデバイスの歪検出素子の作製工程図である。図12の(a)~(e)は、それぞれ左側が平面図、右側が断面図である。以下、図12の(a)~(e)の工程図を参照しつつ歪検出素子の作製方法を説明する。 FIG. 12 is a manufacturing process diagram of the strain sensing element of the device according to one embodiment of the present invention. 12A to 12E are plan views on the left and cross-sectional views on the right. A method of manufacturing the strain sensing element will be described below with reference to the process diagrams of FIGS.
図12(a)の工程では、シリコン基板121上にシリコン酸化膜122を形成し、さらにその上にシリコン層25aを形成する。厚さは、例えば、シリコン基板121が500μm、シリコン酸化膜122が2μm、シリコン層25aが5μmである。シリコン酸化膜122およびシリコン層25aは公知の方法を用いて形成することができる。さらに、シリコン層25aの表面にドープトシリコン層123aを形成する。ドープトシリコン層123aは、例えば、イオン注入法によりp型シリコン層にn型ドーパントである、例えばP(リン)を注入して形成する。さらに、ドープトシリコン層123aを、シリコンピエゾ抵抗膜となる部分の周囲をシリコン酸化膜122の表面に達するまでエッチングする。これによりシリコンピエゾ抵抗膜123が形成され、さらに、シリコンピエゾ抵抗膜123の両端に、電極20を形成する。これにより、電極20を有するシリコンピエゾ抵抗膜123が形成される。これは、図3で示した歪検出膜19とその上に形成された電極20に対応する。シリコンピエゾ抵抗膜123は、例えば、2つの電極20を結ぶ方向の長さが5mm、幅が1mm、厚さが5μmである。
12A, a
次いで、図12(b)の工程では、シリコン基板121の底面からシリコン酸化膜122までをパターンエッチングにより除去する。これにより、シリコンピエゾ抵抗膜123とそれを支持する部分を残す。
12B, the bottom surface of the
次いで、図12(c)の工程では、コレット124によりシリコンピエゾ抵抗膜123を吸引して保持し、さらに支持する部分から分離する。
Next, in the process of FIG. 12(c), the
次いで、図12(d)の工程では、シリコンピエゾ抵抗膜123を電極22が形成されたフレキシブル基板18、例えばポリイミド板に接着剤26により接着する。
Next, in the process of FIG. 12(d), the
次いで、図12(e)の工程では、導電性ペースト(あるいは導電性接着剤)21を用いてシリコンピエゾ抵抗膜123の電極20とフレキシブル基板18の電極22とを接続する。さらに、シリコンピエゾ抵抗膜123と、導電性ペースト21と、フレキシブル基板18の電極22の一部あるいは全部を覆うように保護層23を形成する。以上により、シリコンピエゾ抵抗膜の歪検出素子13が作製される。なお、図12(e)の左側は保護層23を省略して示している。
Next, in the step of FIG. 12(e), a conductive paste (or a conductive adhesive) 21 is used to connect the
なお、圧電特性を示す材料を歪検出膜とする歪検出素子を作製する場合は、図12(a)の工程において、シリコン層上に、例えばゾルゲル法によりPZT層を形成すればよく、有機金属気相成長法によりAlN層を形成すればよい。 When manufacturing a strain sensing element having a strain sensing film made of a material exhibiting piezoelectric properties, a PZT layer may be formed on the silicon layer by, for example, a sol-gel method in the step of FIG. 12(a). The AlN layer may be formed by vapor deposition.
図13は、本発明の一実施形態に係る計測システムの概要構成を示す図である。図13を参照するに、計測システム130は、デバイス10と、デバイス10の電極12に接続され、電極12に電気信号を供給して被検者の測定部MOに刺激を与える電気信号供給部131と、歪検出素子13に接続され、歪検出素子13の歪みを検出する歪み信号検出部132と、電気信号供給部131および歪み信号検出部132に接続され、電気信号供給部131を制御する制御部133と、電気信号供給部131および歪み信号検出部132に接続される信号解析部134を含む。
FIG. 13 is a diagram showing a schematic configuration of a measurement system according to one embodiment of the present invention. Referring to FIG. 13, the
電気信号供給部131は、様々な波形、電圧、信号幅および周波数の電気信号、例えば、電圧数百ボルト、パルス時間幅数百μs(μ秒)の単発あるいは繰り返しのパルス波を供給することが可能であり、そのパルスが2つの電極12間に印加される。パルス波は、極性がプラス側だけの信号でもよく、マイナス側だけの信号でもよく、プラスおよびマイナス側の両方の信号でもよい。電気信号は、方形波でもよく、正弦波でもよく、スパイク状でもよい。電気信号供給部131は、例えば、ファンクション・ジェネレータ、パルス・ジェネレータ等の電気信号発生機を用いることができる。電気信号供給部131は、電気信号をモニターするための信号を信号解析部134に出力する。
The electrical
歪み信号検出部132は、歪検出素子13からの歪みに対応する信号を検出する。歪検出素子13が、ピエゾ抵抗効果を示す歪検出膜19を用いている場合は、歪み信号検出部132はホイートストンブリッジ(不図示)を含み、ホイートストンブリッジの4つの抵抗素子のうちの一つを歪検出膜19として、歪検出膜19の抵抗変化から歪みを検出する。歪検出素子13が、圧電特性を示す歪検出膜19を用いている場合は、歪み信号検出部132は歪検出膜19が発生する起電力から歪みを検出する。歪み信号検出部132は検出した歪みを歪み信号(電気信号)として信号解析部134に出力する。なお、歪み信号検出部132は、歪み信号を増幅する増幅器(アンプ)を備えてもよい。なお、図13では、歪検出素子13から歪み信号検出部132の信号線が1本に省略して示されているが、図3で示したように、歪検出素子13の電極は2つあるので信号線は2本となる。
The
制御部133は、電気信号供給部131に刺激のための電気信号の電圧、パルス幅、出力タイミング等を制御信号を出力する。制御部133は、歪み信号検出部132が歪検出素子13からの歪みに対応する信号を検出するタイミングを制御してもよい。制御部133は、例えば、パーソナルコンピュータ(PC)を用いることができる。
The
信号解析部134は、歪み信号検出部132からの歪み信号を受け、歪みの変化を解析することができる。信号解析部134は、例えば、パーソナルコンピュータ(PC)、オシロスコープ、スペクトルアナライザ等を用いることができる。PCは制御部133のPCを用いてもよい。さらに信号解析部134と制御部133とを接続して、信号解析部134は、その解析結果に応じて、測定部MOのトレーニング効果や治療効果を高めるために、あるいは測定部MOの分析をより進めるために、刺激のための電気信号の電圧、パルス幅、出力タイミング等の変更・更新情報を制御部133に送信してもよい。制御部133はこれに応じて刺激のための電気信号の制御を行うことができる。
The
デバイス10は、先の図1に示したデバイス10である。デバイス10の代わりに先に示した変形例のデバイス41~42,50,60,70,80,90,100のいずれかを用いることができる。さらに、これらのデバイスを組み合わせて用いてもよい。
The
本実施形態によれば、計測システム130は、電気信号供給部131によりデバイス10の電極12に刺激のための電気信号を供給し、歪検出素子13で検出した歪み(筋音)を、歪み信号検出部132により歪み信号として信号解析部134に送り、信号解析部134で刺激のための電気信号とそれに応じた測定部MOの筋肉全体の動きや筋繊維の振動や筋繊維自体の拡大および縮小等を解析できる。
According to the present embodiment, the
図14は、本発明の一実施形態に係る計測システムの変形例の概要構成を示す図である。図14を参照するに、計測システム140は、デバイス145が先の図7のデバイス70あるいは図9のデバイス90のような多数の電極および歪検出素子を含むものであり、ここでは、図7の電極72i,jにおいて一行の電極が6個の場合の例を用いて説明する。電極1421~1426は、それぞれ、歪検出素子131~136を有している。
FIG. 14 is a diagram showing a schematic configuration of a modified example of the measurement system according to one embodiment of the present invention. Referring to FIG. 14, a
計測システム140は、電気信号供給部131と電極1421~1426との間に、電気信号供給部131から供給される刺激のための電気信号の供給先を切り換えるための電極切換部141を含む。電極切換部141は制御部133と接続されており、制御部133から電極1421~1426の切換制御信号を受けて、2つあるいは3つ以上の電極1421~1426を選択的に接続する。
The
計測システム140は、歪検出素子131~136と歪み信号検出部132との間に、歪検出素子131~136からの歪みに対応した信号の供給先を切り換えるための歪検出素子切換部143を含む。歪検出素子切換部143は制御部133と接続されており、制御部133から歪検出素子131~136の切換制御信号を受けて、1つあるいは2つ以上の歪検出素子131~136を選択的に接続する。
The
制御部133は、電極1421~1426の切換制御信号および歪検出素子131~136の切換制御信号を生成する。これにより、計測システム140が被検者の測定部MOの位置を選択的に、あるいは走査しながら、電気信号による刺激に対する測定部MOの歪み変化を検出できる。なお、計測システム140が図9に示すデバイス90を含む場合も同様にして測定が可能であり、本明細書に記載の他のデバイスにも適用できる。
The
図15は、本発明の一実施形態に係るデバイスの電極の接触抵抗の測定例を示す図である。図15(a)を参照するに、デバイス150は、ポリエステル布をシート体11として、その表面に電極12を形成してあり、電極12の表面の導電性繊維と皮膚との接触抵抗を測定することを目的として図1の歪検出素子13を省略したものである。
FIG. 15 is a diagram showing an example of measurement of contact resistance of electrodes of a device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 15(a), the
電極12は、導電性繊維として、銀メッキを表面に形成した化学繊維を切断して0.5mm~3mmの長さにしたものを用いた。電極12は、それぞれ長さ(2つの電極を結ぶ方向)が70mm、幅が70mmであり、2つの電極は25mm離隔している。
図15(b)を参照するに、デバイス150の電極を皮膚ファントムに種々の圧力で接触させ、その際の2つの電極間の電気抵抗、すなわち、電極-皮膚―電極間の電気抵抗を圧力に対して測定したグラフを示す。圧力をかけない状態では、4.8MΩに対して圧力を増加させるにつれて抵抗値は低下した。これにより、電極12と皮膚との間の接触抵抗が低減されていることが分かる。比較例として電極12を導電性ゲルにより皮膚ファントムに密着させて測定した電気抵抗値は1MΩであり、これは、デバイス150の20hPaの圧力をかけた場合に相当する。20hPaの圧力は、フォームや姿勢を良くするために適度に身体全体や脚部を圧迫するスポーツウェアの通常の圧力である。これらのことから、デバイス150の電極12は、刺激の電気信号を印加するために実用に適していることが明らかである。
Referring to FIG. 15(b), the electrodes of the
図16は、本発明の一実施形態に係るデバイスの実施例を示す図である。図16を参照するに、デバイス160は、シート体11と、シート体11の表面に設けられた2つの電極12および歪検出素子13とを含む。シート体11が伸縮性を有するポリエステル布であり、長さ(2つの電極を結ぶ方向)が120mm、幅が60mmである。電極12は、図15の測定例と同様の電極を用い、長さ、幅とも50mmである。歪検出素子13は、長さ5mm、幅1mm、厚さ5μmのシリコンピエゾ抵抗膜を用いた。また、歪検出素子13の歪みに対応する信号を取り出すための電極22を歪検出素子の電極から約10mm離隔して設けた。
Figure 16 shows an example of a device according to an embodiment of the invention. Referring to FIG. 16 ,
図17は、本発明の一実施形態に係るデバイスを用いた実施例を示す図である。本実施例では、図16に示したデバイス160を用いて、電極への電気信号を、市販の筋肉電気刺激(EMS)装置(東レインターナショナル社トレリート(登録商標)EM300)を用いて供給し、歪検出素子13の歪みをホイートストンブリッジを用いて検出し、増幅器によって増幅してオシロスコープにより刺激のための電気信号波形と歪波形を取得した。図17(a)~(c)は、それぞれ、左側に刺激のための電気信号波形を示し、右側には、刺激のための電気信号波形と歪検出素子からの皮膚歪み(ΔL/L)の変化を表す波形を、両方のタイミングの通りに示している。なお、Lはシリコンピエゾ抵抗膜の電極間の距離である。デバイス160は、被検者の右腕の上腕部にその長手方向に離隔して電極が配置され、歪検出素子は上腕二頭筋上の皮膚に接触するように装着した。デバイス160の上からサポータを装着して皮膚への圧力を設定した。
FIG. 17 shows an example using a device according to an embodiment of the invention. In this example, the
図17(a)を参照するに、プラス側337V、マイナス側316Vの時間幅それぞれ0.1msの電気信号(周波数5Hz)を電極に印加すると、40ms後に筋肉の収縮が始まること、上腕二頭筋による皮膚歪み(ΔL/L)の変化量が1.33×10-3生じることが分かる。
Referring to FIG. 17( a ), when an electrical signal (
図17(b)を参照するに、プラス側415V、マイナス側378Vの幅それぞれ0.1msの電気信号(周波数5Hz)を電極に印加すると、33ms後に筋肉の収縮が始まること、上腕二頭筋による皮膚歪み(ΔL/L)の変化量が3.64×10-3生じることが分かる。このことおよび先の図17(a)の結果から、印加する電気信号の電圧を高くすると、筋肉の収縮が早く始まり、かつ皮膚歪み(ΔL/L)が増加するので筋肉の収縮量が増加していることが分かる。 Referring to FIG. 17(b), when an electrical signal (frequency of 5 Hz) with a width of 0.1 ms on each of the positive side 415 V and the negative side 378 V is applied to the electrodes, muscle contraction starts after 33 ms. It can be seen that the amount of change in skin distortion (ΔL/L) is 3.64×10 −3 . From this and the results of FIG. 17(a), when the voltage of the applied electrical signal is increased, muscle contraction starts earlier and the skin strain (ΔL/L) increases, so the amount of muscle contraction increases. It is understood that
図17(c)を参照するに、図17(a)と同じ電圧および時間幅の刺激のための電気信号を80Hzで電極に印加すると、皮膚歪み(ΔL/L)がほぼ2.0×10-3付近でほぼ一定となり変化量が0.3×10-3となってかなり減少することが分かる。また、皮膚歪み(ΔL/L)の変化の周波数は60Hzとなり電気信号の80Hzに追従しないことが分かる。これらのことより、80Hzの電気信号により上腕二頭筋が収縮したままになっていることが分かる。 Referring to FIG. 17(c), when an electrical signal for stimulation with the same voltage and time width as in FIG. It can be seen that it becomes almost constant around −3 and the amount of change is 0.3×10 −3 and decreases considerably. Also, it can be seen that the frequency of change in skin strain (ΔL/L) is 60 Hz and does not follow the 80 Hz of the electrical signal. From these, it can be seen that the 80 Hz electric signal keeps the biceps brachii contracted.
以上の実施例から、図16に示したデバイス160は、電極12による刺激のための電気信号の測定部への印加と、測定部の歪みの検出を並行して行うことができることがわかった。また、サポータの程度の圧力により電極12が測定部に十分に接触して電気信号を印加可能であること、上腕部のように立体的な形状の測定部の歪みが検出できることが分かった。このことから、デバイス160はウェアラブルであり、衣服やパッチなどに装着しても測定が可能であることが分かった。
From the above examples, it was found that the
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the present invention described in the claims. It is possible.
なお、以上の説明に関してさらに以下の付記を開示する。
(付記1)電気的刺激による筋収縮を検出可能なデバイスであって、
伸縮性を有するシート体と、
前記シート体上に設けられた少なくとも2つの電極であって、可撓性の樹脂層とその表面に少なくとも外側に延びる複数の導電性繊維とを有する、該少なくとも2つの電極と、
前記シート体上に設けられ、前記少なくとも2つの電極の間に配置される歪検出素子と、を備え、
被検者の測定部に前記少なくとも2つの電極および前記歪検出素子を当接させ、該少なくとも2つの電極間に電気信号を供給して該測定部に刺激を与えることによって、前記歪検出素子により前記刺激に対する測定部の歪みを検出可能である、前記デバイス。
(付記2)前記歪検出素子は、前記歪みを検出する歪検出膜を有し、該歪検出膜は、前記歪みに応じて電気抵抗値が変化するピエゾ抵抗膜である、付記1記載のデバイス。
(付記3)前記歪検出素子は、前記歪みを検出する歪検出膜を有し、該歪検出膜は、前記歪みに応じて圧電効果により起電力が生じる、付記1記載のデバイス。
(付記4)前記歪検出素子は、前記少なくとも2つの電極の配列方向に対して垂直な方向に沿って複数配置されてなる、付記2または3記載のデバイス。
(付記5)前記歪検出素子は、前記少なくとも2つの電極の配列方向に沿って複数配置されてなる、付記2または3記載のデバイス。
(付記6)前記少なくとも2つの電極は、それぞれ帯状であり、その長手方向が前記少なくとも2つの電極の配列方向に対して垂直であり、
前記歪検出素子は、前記少なくとも2つの電極の長手方向に沿って複数配置されてなり、
それによって、被験者の腕部または脚部を囲むように、あるいは腹筋または背筋の筋肉束に対して垂直に該電極を装着可能である、付記2~5のうちいずれか一項記載のデバイス。
(付記7)前記電極は、前記歪検出素子とそれを囲むように設けた複数の導電性繊維を有してなり、
前記電極は、少なくとも3つが一方向に配列され、該少なくとも3つの電極のうちの2つの電極の前記複数の導電性繊維に電気信号を供給して前記測定部に刺激を与え、該2つの電極の間の他の電極の歪検出素子により該刺激に対する測定部の歪みを検出可能である、付記1~5のうちいずれか一項記載のデバイス。
(付記8)前記一方向に対して垂直な方向に配列された前記電極をさらに有する、付記7記載のデバイス。
(付記9)前記少なくとも2つの電極は、前記歪検出素子を囲むように配置される、付記1~8のうちいずれか一項記載のデバイス。
(付記10)前記歪検出素子は平面視四角形であり、2つの前記電極は平面視コ状であり、
前記2つの電極は、コ状の開口部を互いに相対してその開口部内に前記歪検出素子が配置される、付記9記載のデバイス。
(付記11)前記歪検出素子は平面視四角形であり、
前記歪検出素子の四隅のそれぞれに隣接し、該隅の形状に沿ったかぎ形の辺を有する4つの前記電極が配置される、付記9記載のデバイス。
(付記12)平面視において、前記電極は十字状であり、前記歪検出素子は四角形であり、
複数の前記歪検出素子がマトリックス状に配置され、前記電極が、互いに隣接する4つの前記歪検出素子の間に配置される、付記1~8のうちいずれか一項記載のデバイス。
(付記13)前記電極は、前記歪検出素子とそれを覆うように設けた複数の導電性繊維を有してなり、
前記電極は、少なくとも3つが一方向に配列され、該少なくとも3つの電極のうちの2つの電極の前記複数の導電性繊維に電気信号を供給して前記測定部に刺激を与え、該2つ電極の間の他の電極の歪検出素子により該刺激に対する測定部の歪みを検出可能である、付記1~5のうちいずれか一項記載のデバイス。
(付記14)前記シート体上に設けられた、前記電極に電気信号を供給する第1の配線部およびその入力端をさらに備え、
前記第1の配線部は、前記シート体の面上において、前記電極と入力端とを結ぶ方向に対してその横方向に繰り返し蛇行する第1の配線膜を有する、付記1~13のうちいずれか一項記載のデバイス。
(付記15)前記シート体上に設けられた、前記歪検出素子の信号を伝送する第2の配線部およびその出力端をさらに備え、
前記第2の配線部は、前記シート体の面上において、前記歪検出素子と出力端とを結ぶ方向に対してその横方向に繰り返し蛇行する第2の配線膜を有する、付記1~14のうち記載のデバイス。
(付記16)付記1~15のうちのいずれか一項記載のデバイスと、
前記電極に電気信号を供給し、被検者の測定部に刺激を与えることが可能な電気信号供給部と、
前記歪検出素子の歪みを検出する検出部と、
前記電気信号供給部を制御する制御部と、
前記検出部からの歪みを表す信号を解析する解析部と、
を備える、計測システム。
(付記17)前記電気信号供給部と前記電極との間に、前記電気信号供給部と前記電極との接続を前記制御部からの第1の切換信号により切り換える第1の切換手段と、
前記歪検出素子と前記検出部との間に、前記歪検出素子と前記検出部との接続を前記制御部からの第2の切換信号により切り換える第2の切換手段と、をさらに備え、
前記制御部は、前記第1の切換手段および前記第2の切換手段を制御して、測定に用いる前記複数の電極および歪検出素子を選択的に切り換える、付記16記載の計測システム。
In addition, the following notes are further disclosed with respect to the above description.
(Appendix 1) A device capable of detecting muscle contraction by electrical stimulation,
a stretchable sheet body;
at least two electrodes provided on the sheet body, the at least two electrodes having a flexible resin layer and a plurality of conductive fibers extending at least outward on the surface thereof;
a strain sensing element provided on the sheet body and arranged between the at least two electrodes;
By bringing the at least two electrodes and the strain sensing element into contact with the measuring section of the subject and supplying an electric signal between the at least two electrodes to stimulate the measuring section, the strain sensing element Said device is capable of detecting distortion of the measuring portion to said stimulus.
(Appendix 2) The device according to Appendix 1, wherein the strain detection element has a strain detection film that detects the strain, and the strain detection film is a piezoresistive film whose electric resistance value changes according to the strain. .
(Appendix 3) The device according to appendix 1, wherein the strain detection element has a strain detection film that detects the strain, and the strain detection film generates an electromotive force by a piezoelectric effect according to the strain.
(Appendix 4) The device according to
(Appendix 5) The device according to
(Appendix 6) The at least two electrodes are strip-shaped, and the longitudinal direction thereof is perpendicular to the arrangement direction of the at least two electrodes,
a plurality of the strain sensing elements arranged along the longitudinal direction of the at least two electrodes;
6. A device according to any one of
(Appendix 7) The electrode comprises the strain sensing element and a plurality of conductive fibers surrounding it,
At least three of the electrodes are arranged in one direction, and an electrical signal is supplied to the plurality of conductive fibers of two of the at least three electrodes to stimulate the measurement unit, and the two electrodes are 6. The device according to any one of clauses 1 to 5, wherein the strain of the measurement portion to the stimulus can be detected by strain sensing elements of other electrodes between.
(Appendix 8) The device according to appendix 7, further comprising the electrodes arranged in a direction perpendicular to the one direction.
(Appendix 9) The device according to any one of Appendices 1 to 8, wherein the at least two electrodes are arranged to surround the strain sensing element.
(Appendix 10) The strain sensing element is rectangular in plan view, and the two electrodes are U-shaped in plan view,
10. The device according to claim 9, wherein the two electrodes have U-shaped openings facing each other and the strain sensing element is disposed in the openings.
(Appendix 11) The strain detection element is rectangular in plan view,
10. The device of claim 9, wherein the four electrodes are arranged adjacent to each of the four corners of the strain sensing element and having hook-shaped sides that follow the shape of the corners.
(Appendix 12) In plan view, the electrodes are cross-shaped, and the strain sensing element is square,
9. The device according to any one of claims 1 to 8, wherein a plurality of said strain sensing elements are arranged in a matrix, and said electrodes are arranged between four said strain sensing elements adjacent to each other.
(Appendix 13) The electrode comprises the strain sensing element and a plurality of conductive fibers covering it,
at least three of the electrodes are arranged in one direction, and an electric signal is supplied to the plurality of conductive fibers of two of the at least three electrodes to stimulate the measurement unit; 6. The device according to any one of clauses 1 to 5, wherein the strain of the measurement portion to the stimulus can be detected by strain sensing elements of other electrodes between.
(Appendix 14) further comprising a first wiring portion for supplying an electric signal to the electrode and an input end thereof provided on the sheet body,
14. Any one of Appendices 1 to 13, wherein the first wiring portion has a first wiring film that repeatedly meanders on the surface of the sheet body in a lateral direction with respect to a direction connecting the electrodes and the input ends. or a device according to paragraph 1.
(Appendix 15) further comprising a second wiring portion for transmitting a signal of the strain sensing element provided on the sheet body and an output end thereof,
15, wherein the second wiring portion has a second wiring film that repeatedly meanders on the surface of the sheet body in a direction that connects the strain sensing element and the output end in a lateral direction thereof. Devices listed out.
(Appendix 16) The device according to any one of Appendices 1 to 15;
an electrical signal supply unit capable of supplying an electrical signal to the electrode and stimulating a measurement unit of the subject;
a detection unit that detects the strain of the strain detection element;
a control unit that controls the electrical signal supply unit;
an analysis unit that analyzes a signal representing distortion from the detection unit;
A measurement system comprising:
(Appendix 17) first switching means for switching connection between the electrical signal supply unit and the electrode by a first switching signal from the control unit;
a second switching means, located between the strain sensing element and the detecting section, for switching connection between the strain sensing element and the sensing section according to a second switching signal from the control section;
17. The measurement system according to claim 16, wherein the controller controls the first switching means and the second switching means to selectively switch the plurality of electrodes and strain sensing elements used for measurement.
10,30,40~42,50,60,70,80,90,100,
130,145 デバイス
11 シート体
12,52,62~64,72i,j,82,821~824,92,
102~104,1421~1426 電極
13,131~136 歪検出素子
15 導電性繊維
18 フレキシブル基板
19 歪検出膜
20,22 電極
21 導電性ペースト
130,140 計測システム
131 電気信号供給部
132 歪み信号検出部
133 制御部
134 信号解析部
141 電極切換部
143 歪検出素子切換部
10, 30, 40-42, 50, 60, 70, 80, 90, 100,
130, 145
102 to 104, 142 1 to 142 6
Claims (13)
伸縮性を有するシート体と、
前記シート体上に設けられた少なくとも2つの電極であって、可撓性の樹脂層とその表面に少なくとも外側に延びる複数の導電性繊維とを有する、該少なくとも2つの電極と、
前記シート体上に設けられ、前記少なくとも2つの電極の間に配置される歪検出素子であって、該少なくとも2つの電極の配列方向に対して垂直な方向に沿って複数配置されてなる該歪検出素子と、
前記シート体上に設けられ、前記電極と入力端とを電気的に接続する配線膜を有する電気信号配線部と、
前記シート体上に設けられ、前記複数の歪検出素子と出力端とを電気的に接続する他の配線膜を有し、前記歪みに対応する信号を出力する歪検出配線部と、
を備え、
前記配線膜および前記他の配線膜の少なくとも一方が前記シート体上を蛇行して形成されてなり、
被検者の測定部に前記少なくとも2つの電極および前記複数の歪検出素子を当接させ、該少なくとも2つの電極間に電気信号を供給して該測定部に刺激を与えることによって、前記複数の歪検出素子により前記刺激に対する該測定部の歪みを検出可能である、前記デバイス。 A device capable of detecting muscle contraction due to electrical stimulation,
a stretchable sheet body;
at least two electrodes provided on the sheet body, the at least two electrodes having a flexible resin layer and a plurality of conductive fibers extending at least outward on the surface thereof;
A strain sensing element provided on the sheet body and arranged between the at least two electrodes, wherein a plurality of strain sensing elements are arranged along a direction perpendicular to the arrangement direction of the at least two electrodes. a detection element ;
an electrical signal wiring portion provided on the sheet body and having a wiring film electrically connecting the electrode and the input end;
a strain detection wiring portion provided on the sheet body, having another wiring film electrically connecting the plurality of strain detection elements and an output end, and outputting a signal corresponding to the strain;
with
At least one of the wiring film and the other wiring film is formed meandering on the sheet body,
By bringing the at least two electrodes and the plurality of strain sensing elements into contact with the measurement section of the subject and supplying an electrical signal between the at least two electrodes to stimulate the measurement section, the plurality of The device, wherein a strain sensing element is capable of detecting strain of the measuring portion in response to the stimulus.
前記複数の歪検出素子は、前記少なくとも2つの電極の長手方向に沿って複数配置されてなり、
それによって、被験者の腕部または脚部を囲むように、あるいは腹筋または背筋の筋肉束に対して垂直に該電極を装着可能である、請求項1~4のうちいずれか一項記載のデバイス。 each of the at least two electrodes is strip-shaped, and the longitudinal direction thereof is perpendicular to the arrangement direction of the at least two electrodes;
the plurality of strain sensing elements are arranged along the longitudinal direction of the at least two electrodes;
Device according to any one of claims 1 to 4, whereby the electrodes can be worn around the arm or leg of the subject, or perpendicular to the muscle bundles of the abdominal or back muscles..
伸縮性を有するシート体と、 a stretchable sheet body;
前記シート体上に設けられた少なくとも2つの電極であって、可撓性の樹脂層とその表面に少なくとも外側に延びる複数の導電性繊維とを有する、該少なくとも2つの電極と、 at least two electrodes provided on the sheet body, the at least two electrodes having a flexible resin layer and a plurality of conductive fibers extending at least outward on the surface thereof;
前記シート体上に設けられ、前記少なくとも2つの電極の間に配置される歪検出素子であって、該少なくとも2つの電極の配列方向に沿って複数配置されてなる該歪検出素子と、 a strain sensing element provided on the sheet body and arranged between the at least two electrodes, wherein a plurality of the strain sensing elements are arranged along the arrangement direction of the at least two electrodes;
前記シート体上に設けられ、前記電極と入力端とを電気的に接続する配線膜を有する電気信号配線部と、 an electrical signal wiring portion provided on the sheet body and having a wiring film electrically connecting the electrode and the input end;
前記シート体上に設けられ、前記複数の歪検出素子と出力端とを電気的に接続する他の配線膜を有し、前記歪みに対応する信号を出力する歪検出配線部と、 a strain detection wiring portion provided on the sheet body, having another wiring film electrically connecting the plurality of strain detection elements and an output end, and outputting a signal corresponding to the strain;
を備え、with
前記配線膜および前記他の配線膜の少なくとも一方が前記シート体上を蛇行して形成されてなり、 At least one of the wiring film and the other wiring film is formed meandering on the sheet body,
被検者の測定部に前記少なくとも2つの電極および前記複数の歪検出素子を当接させ、該少なくとも2つの電極間に電気信号を供給して該測定部に刺激を与えることによって、前記複数の歪検出素子により前記刺激に対する該測定部の歪みを検出可能である、前記デバイス。 By bringing the at least two electrodes and the plurality of strain sensing elements into contact with the measurement section of the subject and supplying an electrical signal between the at least two electrodes to stimulate the measurement section, the plurality of The device, wherein a strain sensing element is capable of detecting strain of the measuring portion in response to the stimulus.
伸縮性を有するシート体と、 a stretchable sheet body;
前記シート体上に設けられた少なくとも2つの電極であって、可撓性の樹脂層とその表面に少なくとも外側に延びる複数の導電性繊維とを有し、平面視において十字状である該少なくとも2つの電極と、 At least two electrodes provided on the sheet body, the at least two electrodes having a flexible resin layer and a plurality of conductive fibers extending at least outward on the surface thereof, and having a cross shape in plan view. two electrodes;
前記シート体上に設けられ、前記少なくとも2つの電極の間に配置され、平面視において四角形である歪検出素子と、 a strain sensing element provided on the sheet body, disposed between the at least two electrodes, and having a square shape in plan view;
前記シート体上に設けられ、前記電極と入力端とを電気的に接続する配線膜を有する電気信号配線部と、 an electrical signal wiring portion provided on the sheet body and having a wiring film electrically connecting the electrode and the input end;
前記シート体上に設けられ、前記歪検出素子と出力端とを電気的に接続する他の配線膜を有し、前記歪みに対応する信号を出力する歪検出配線部と、 a strain detection wiring portion provided on the sheet body, having another wiring film electrically connecting the strain detection element and an output end, and outputting a signal corresponding to the strain;
を備え、with
複数の前記歪検出素子がマトリックス状に配置され、前記電極が、互いに隣接する4つの前記歪検出素子の間に配置され、 a plurality of the strain sensing elements are arranged in a matrix, and the electrodes are arranged between four of the strain sensing elements adjacent to each other;
前記配線膜および前記他の配線膜の少なくとも一方が前記シート体上を蛇行して形成されてなり、 At least one of the wiring film and the other wiring film is formed meandering on the sheet body,
被検者の測定部に前記少なくとも2つの電極および前記複数の歪検出素子を当接させ、該少なくとも2つの電極間に電気信号を供給して該測定部に刺激を与えることによって、前記複数の歪検出素子により前記刺激に対する該測定部の歪みを検出可能である、前記デバイス。 By bringing the at least two electrodes and the plurality of strain sensing elements into contact with the measurement section of the subject and supplying an electrical signal between the at least two electrodes to stimulate the measurement section, the plurality of The device, wherein a strain sensing element is capable of detecting strain of the measuring portion in response to the stimulus.
前記少なくとも2つの電極に電気信号を供給し、被検者の測定部に刺激を与えることが可能な電気信号供給部と、 an electrical signal supply unit capable of supplying an electrical signal to the at least two electrodes and stimulating a measurement unit of a subject;
前記複数の歪検出素子の歪みを検出する検出部と、 a detection unit that detects strain in the plurality of strain detection elements;
前記電気信号供給部を制御する制御部と、 a control unit that controls the electrical signal supply unit;
前記検出部からの歪みを表す信号を解析する解析部と、 an analysis unit that analyzes a signal representing distortion from the detection unit;
を備える、計測システム。A measurement system comprising:
前記複数の歪検出素子と前記検出部との間に、前記歪検出素子と前記検出部との接続を前記制御部からの第2の切換信号により切り換える第2の切換手段と、をさらに備え、 a second switching means, located between the plurality of strain sensing elements and the detecting section, for switching connection between the strain sensing elements and the detecting section according to a second switching signal from the control section;
前記制御部は、前記第1の切換手段および前記第2の切換手段を制御して、測定に用いる前記複数の電極および歪検出素子を選択的に切り換える、請求項12記載の計測システム。 13. The measurement system according to claim 12, wherein said controller controls said first switching means and said second switching means to selectively switch said plurality of electrodes and strain sensing elements used for measurement.
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002517293A (en) | 1998-06-10 | 2002-06-18 | アミラム カズ | DVT prevention device and method utilizing adjustable portable stimulator with motion detector. |
US20040243204A1 (en) | 2003-04-30 | 2004-12-02 | The Regents Of The University Of California | Stretchable polymer-based electronic device |
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---|---|---|---|---|
JPS54176286U (en) * | 1978-06-02 | 1979-12-12 | ||
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002517293A (en) | 1998-06-10 | 2002-06-18 | アミラム カズ | DVT prevention device and method utilizing adjustable portable stimulator with motion detector. |
US20040243204A1 (en) | 2003-04-30 | 2004-12-02 | The Regents Of The University Of California | Stretchable polymer-based electronic device |
US20150306373A1 (en) | 2012-12-05 | 2015-10-29 | Battelle Memorial Institute | Neural sleeve for neuromuscular stimulation, sensing and recording |
US20150320994A1 (en) | 2014-05-06 | 2015-11-12 | Physio-Control, Inc. | Wearable medical system with stretch-cable assembly |
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