JP7137812B2 - Device and measurement system capable of applying electrical stimulation and detecting muscle contraction - Google Patents

Device and measurement system capable of applying electrical stimulation and detecting muscle contraction Download PDF

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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, Paragraph 2 of the Patent Law 1.発行日:平成291211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Nari, Hiroo Uchida, Takeshi Kobayashi Contents: Wear containing brushed electrodes for detecting biosignals 2. Date of presentation: December 12, 2017 (Holding period: December 11-13, 2017) Conference name: International conference on BioSensors, BioElectronics, BioMedical Devices, BioMEMS/NEMS&Applications 2017 (Bio4Apps 2017) Venue: University of Tokyo Yayoi Auditorium (Bunkyo-ku, Tokyo) Contents: Lecture No. Oral Session TA2 Oral presentation material for "Multi-lead ECG measuring wear fabricated by printed electronics and electrostatic flocking technology" 3.発行日:平成291211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: Flexible pressure sensor using ultra-thin silicon piezoresistive element

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, Paragraph 2 of the Patent Law 4. Date of presentation: December 11, 2017 (held from December 11 to 13, 2017) Conference name: International conference on BioSensors, BioElectronics, BioMedical Devices, BioMEMS/NEMS&Applications 2017 (Bio4Apps 2017, University of Tokyo) Yayoi Auditorium (Bunkyo-ku, Tokyo) Contents: Lecture number Oral Session MM1 Oral presentation material for "Flexible pressure sensor based on ultra-thin Si piezo-resistive membrane" 5. Date of publication: October 24, 2017 Publication: Proceedings of the 34th Symposium on Sensors, Micromachines and Applied Systems, The Institute of Electrical Engineers of Japan, Sensor and Micromachine Division Convention in 2017 The Institute of Electrical Engineers of Japan Executive Director Yuji Sakai Publisher: Takei Yusuke, Shintaro Goto, Seiichi Takamatsu, Toshihiro Ito, Takeshi Kobayashi Contents: Flexible pressure sensor using ultra-thin silicon piezoresistive film element 6. Presentation date: October 31, 2017 (held from October 31, 2017 to November 02, 2017) Name of the meeting: Poster presentation at the 34th Symposium on Sensors, Micromachines and Applied Systems Venue: Hiroshima International Conference Center (Hiroshima City) Contents: Lecture No. 02pm1-PS-223 Oral presentation material of "Flexible pressure sensor using ultra-thin silicon piezoresistive element"

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, Paragraph 2 of the Patent Law 7. Publication date: November 18, 2017 Publication location: Email media delivered to the presenters from the conference secretariat Mr. Shirley Galloway Publishers: Yusuke Takei, Manabu Yoshida, Toshiyuki Takeshita, Ken Kobayashi Contents: International Conference MEMS 2018 (The 31st 7. Abstracts (for presenters' review) in the Preliminary Technical Program of the IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems. Date downloaded from the website: November 29, 2017 Posting address: http://www. mems2018. org/program/MEMS2018_PreliminaryProgram. pdf Publisher: Society Secretariat Contents: Abstract in Preliminary Technical Program of International Conference MEMS2018 (The 31st IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems)

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, Paragraph 2 of the Patent Law 1. Web publication date: January 11, 2018 Publication address: http://www. mems2018. org/program/MEMS2018_FinalProgram. pdf Published by: Yusuke Takei, Manabu Yoshida, Toshiyuki Takeshita, Ken Kobayashi Contents: Abstract in the Final Technical Program of the international conference MEMS2018 (The 31st IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems)

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).

国際公開第2016/135996号WO2016/135996

R. Aoki, Y. Takei, N. Minh-Dung, T. Takahata, K. Matsumoto, I. Shimoyama, Proc. MEMS2016, pp.356-358R. Aoki, Y. Takei, N. Minh-Dung, T. Takahata, K. Matsumoto, I. Shimoyama, Proc. MEMS2016, pp.356-358

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.

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。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is sectional drawing which shows (a) top view of the device which concerns on one Embodiment of this invention, and (b) use condition. 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。Fig. 3 is a cross-sectional view of an electrode of a device according to an embodiment of the invention; 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。FIG. 2A is a plan view of the strain sensing element of the device according to one embodiment of the present invention, and FIG. 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。FIG. 4 is a plan view showing a modification of the device according to one embodiment of the present invention; 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。It is the (a) top view of the other modification of the device which concerns on one Embodiment of this invention, (b) schematic drawing which shows a usage state, and (c) sectional drawing. 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。It is (a) a top view of the other modification of the device based on one Embodiment of this invention, and (b) sectional drawing which shows the use condition. 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。Fig. 10 is a plan view of another variation of a device according to an embodiment of the invention; 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。Fig. 10 is a plan view of another variation of a device according to an embodiment of the invention; 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。Fig. 10 is a plan view of another variation of a device according to an embodiment of the invention; 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。It is (a) a top view of the other modification of the device based on one Embodiment of this invention, and (b) sectional drawing which shows the use condition. 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。FIG. 2 is a manufacturing process diagram of an electrode of a device according to one embodiment of the present invention. 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。FIG. 4 is a manufacturing process diagram of a strain sensing element of a device according to an embodiment of the present invention; 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。1 is a diagram showing a schematic configuration of a measurement system according to one embodiment of the present invention; FIG. 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。It is a figure showing the outline composition of the modification of the measuring system concerning one embodiment of the present invention. 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。FIG. 4 is a diagram showing an example of measurement of contact resistance of electrodes of a device according to an embodiment of the present invention; 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。Fig. 2 shows an example of a device according to an embodiment of the invention; 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。Fig. 3 shows an example using a device according to an embodiment of the invention;

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 device 10 includes an elastic sheet body 11, and two electrodes 12 and a strain sensing element 13 provided on the surface of the sheet body 11. FIG. The two electrodes 12 each have a plurality of conductive fibers 15 on their surfaces. A strain sensing element 13 is arranged between the two electrodes 12 . In the device 10, as shown in FIG. 1(b), the conductive fibers 15 of the two electrodes 12 and the strain sensing element 13 are brought into contact with the skin of the measurement unit MO of the subject, and an electric signal is generated between the two electrodes 12. For example, a pulsed voltage is applied to give electrical stimulation to the measurement unit MO. This electrical stimulation causes movement of the entire muscle of the measurement unit MO, vibration of the muscle fiber, expansion and contraction of the muscle fiber itself, and the like. is detected as distortion. It is also called skin distortion because the skin is deformed by pressure waves. Note that the wiring portions of the electrode 12 and the strain detecting element 13 are omitted from the drawing.

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 sheet body 11 is not particularly limited as long as it is made of a stretchable and electrically insulating material. A sheet made of synthetic rubber such as silicone, a sheet made of a synthetic polymer compound such as silicone, or the like can be used.

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 electrode 12 is held by a resin layer 14 on the surface of the sheet body 11, one tip is inserted into the resin layer 14 and held, and the other portion is inserted from the resin layer 14. It consists of a plurality of conductive fibers 15 exposed to the outside and in contact with each other.

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 resin layer 14 is a layer made of an adhesive that forms the above-described form of the conductive fibers 15 on the surface of the sheet body 11, and has flexibility. can be used. The resin layer 14 may be a conductive material or an insulating material. The resin layer 14 is preferably made of a material having high adhesion to the sheet body 11, and an insulating material is more preferable than a conductive material because of the wide range of material selection.

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 conductive fibers 15, for example, carbon nanofibers, metal fibers, chemical fibers coated with a conductive polymer, metal fibers or chemical fibers coated with a metal plating film can be used. As the metal material for the metal plating film, metals with high conductivity such as copper, silver and gold can be used. The wire diameter and fiber length of the conductive fibers 15 can be appropriately selected. The conductive fiber 15 is determined by considering the conductivity of the electrode 12, the ability to follow the deformation of the electrode 12, and the flexibility and comfort when the electrode 12 is brought into contact with the body. It is preferable that the needle-shaped short fibers have a diameter of 0.1 mm or more and 0.5 mm or less. The number of conductive fibers 15 per unit area and the angle with respect to the surface of the resin layer 14 are adjusted according to the wire diameter and fiber length so that the conductive fibers 15 can stably function as an electrode against expansion and contraction and deformation required for the electrode 12 . is set, and the direction in which the conductive fibers 15 extend is set so that the in-plane direction component of the surface of the electrode 12 has isotropy or a predetermined anisotropy.

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 conductive fibers 15 on the surface of the electrode 12 extend outward from the surface, the electrode 12 has good contact with the measurement part of the subject, and the contact resistance is sufficiently small even if the pressure pressing the electrode 12 against the measurement part is reduced. can be realized. Furthermore, since the resin layer 14 of the electrode 12 has flexibility, the electrode 12 can follow the shape even if the subject's measurement part is depressed or dented. can be reduced. In addition, the electrodes 12 can ensure a good contact state even when the position of the measurement portion with which the electrodes 12 are in contact shifts when the subject moves. In addition, since the electrode 12 does not use an adhesive sheet for ensuring adhesion to the measurement section, there is no deterioration in adhesiveness, and no adhesive component adheres to the measurement section.

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 strain sensing element 13 includes a flexible substrate 18, a strain sensing film 19 thereon, electrodes 20 formed on both ends of the strain sensing film 19, It includes a conductive paste 21 and an electrode 22 for electrically connecting with the electrode 20, and a protective layer 23 covering these.

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 strain detection film 19, for example, a material exhibiting a piezoresistive effect in which the resistance value changes due to strain can be used. The material exhibiting the piezoresistive effect is preferably a semiconductor material. For example, it is preferable to use a silicon piezoresistive film obtained by ion-implanting P (phosphorus) or As (arsenic), which is an n-type dopant, into a p-type silicon layer. . In semiconductor materials that exhibit such a piezoresistive effect, the rate of change in electrical resistance with respect to strain, the so-called gauge factor, is several tens of times higher than that of strain gauges made of metal materials. It can detect strain changes at higher frequencies than the formed strain gauge. In addition, since the silicon piezoresistive film is a thin film, for example, 5 μm thick, it has excellent flexibility and can ensure good contact according to the shape of the subject's measuring portion and its change.

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 strain detection film 19, a silicon layer 25 can be used as the underlying layer as shown in FIG. 3(b). . When a material exhibiting a piezoresistive effect is used for the strain sensing film 19, a Wheatstone bridge (not shown) is connected to the strain sensing element 13 to detect a resistance change due to strain.

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 strain detection film 19 . A material that exhibits a piezoelectric effect generates an electromotive force due to stress from the outside, and as a result, strain can be detected from the electromotive force.

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 flexible substrate 18 is made of a flexible material. For the flexible substrate 18, for example, a plastic substrate, paper, cloth, glass, silicon thin film, or the like can be used. Examples of plastic substrates include polar group-attached polynorbornene, polyethylene terephthalate (PET), polyethersulfone (PES), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), nylon, polyetheretherketone (PEEK), Polysulfone (PSF), polyetherimide (PEI), polyarylate (PAR), polybutylene terephthalate (PBT), polyimide, and the like can be used. It is preferable that the glass and silicon thin films have a thickness of 50 μm or less from the viewpoint of good flexibility.

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 electrodes 20 and 22 are made of a conductive material. For example, metals or alloys such as Au (gold), Ag (silver), Cu (copper), and Al (aluminum), or applied conductive paste can be used.

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 conductive paste 21 is a paste containing the metal powder described above, and may be a material having elasticity (stretchability) after curing or drying, such as a stretchable conductive adhesive.

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 protective layer 23 is preferably made of an insulating material and has flexibility. For the protective layer 23, for example, a thermosetting resin-based elastomer such as urethane, a synthetic rubber such as butyl rubber, or a synthetic polymer compound such as silicone can be used.

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 device 10 according to the present embodiment includes a stretchable sheet body 11 and a flexible resin layer 14 provided thereon. and a strain sensing element 13 having a thin strain sensing film 19 formed on a flexible substrate 18 . Since the device 10 is made of a flexible material in this manner, it can be attached to clothes, patches, or the like, and can be used as a wearable device. In addition, the device 10 applies electrical stimulation to the muscles of the measurement part MO by means of the electrical signals supplied to the two electrodes 12, and detects the strain generated in the measurement part MO due to the stimulation by the strain detection element 13, whereby the muscles are distorted. Activity detection can be performed. In addition, since the strain detection element 13 is arranged between the two electrodes 12 in the device 10, the strain detection element 13 detects the strain of the measurement part MO contracted by the electrical stimulation, thereby effectively detecting the muscle sound. well detectable.

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 electrode 12 and its input end can be provided on the sheet body 11 . The electrical signal wiring portion has a wiring film that repeatedly meanders on the surface of the sheet body 11 in the lateral direction with respect to the direction connecting the electrode 12 and the input end. Even if a tensile stress is applied to the electrical signal wiring portion when the device 10 is attached to the measurement portion of the subject, it can be structurally elongated.

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 strain detection element 13 and its output end can be provided on the sheet body 11 . The strain detection wiring section has a wiring film that repeatedly meanders on the surface of the sheet body 11 in a direction that connects the electrode 22 of the strain detection element 13 and the output end in the lateral direction. Even if a tensile stress is applied to the strain detection wiring portion when the device 10 is attached to the measurement portion of the subject, it can be structurally elongated.

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), devices 40, 41, and 42 are arranged between sheet body 11, two electrodes 12 provided on the surface of sheet body 11, and two electrodes 12. and a plurality of strain sensing elements 13.

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 device 40 shown in FIG. 4A has three strain sensing elements 13 arranged perpendicularly to the direction in which the two electrodes 12 are arranged. Accordingly, by mounting the device 40 so that the three strain detection elements 13 are arranged perpendicular to many muscle fibers, the movement of the entire muscle can be detected. The number of strain detection elements 13 may be two, or four or more.

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 device 41 shown in FIG. 4B has three strain sensing elements 13 arranged along the direction in which the two electrodes 12 are arranged. Accordingly, by mounting the device 41 so that the three strain detection elements 13 are arranged along the length direction of the muscle fiber, partial expansion/contraction of the muscle fiber can be detected. The number of strain detection elements 13 may be two, or four or more.

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 device 42 shown in FIG. 4(c) has nine strain sensing elements 13, and the strain sensing elements 13 are arranged along the direction in which the two electrodes 12 are arranged and in a direction perpendicular thereto. are also arranged, that is, arranged in a matrix of 3 rows and 3 columns. Thereby, the actions and effects of the device 40 and the device 41 can be obtained at the same time. The number of rows and columns of the strain sensing elements 13 may be two, four or more, or may be different from each other.

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 device 50 includes a sheet body 11, two electrodes 52 provided on the surface of the sheet body 11, and a strain sensing element 13 arranged between the two electrodes 52. include. Each of the two electrodes 52 is strip-shaped, and its longitudinal direction is perpendicular to the arrangement direction of the electrodes 52 . A plurality of strain sensing elements 13 are arranged along the longitudinal direction of the electrode 52 . The electrode 52 has the same configuration as the electrode 12 shown in FIG.

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 device 50 is worn so as to surround the upper arm UA of the subject so that the two electrodes 52 and the strain sensing element 13 are in contact with the skin of the upper arm UA. At this time, each of the two electrodes 52 of the device 50 is attached perpendicular to the longitudinal direction of the muscle of the upper arm UA. As a result, as shown in FIG. 5(c), the muscles MS around the humerus HU of the upper arm UA, for example, a plurality of muscles such as the brachial muscle, the biceps brachii, and the triceps brachii, are connected to the belt-shaped electrodes 52. The contraction of these muscles MS, muscle sounds, etc. can be detected by a large number of strain detection elements 13 arranged so as to surround the upper arm UA. The device 50 may be attached by fixing the ends of the sheet body 11 to each other, or may be pressurized using a supporter (not shown) or the like that covers the device 50 .

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 device 50 may be worn so as to surround the forearm or leg, in addition to the upper arm UA. Thus, the partial contraction of a wide muscle bundle can be individually measured by the strain sensing elements 13 arranged along the strip-shaped electrodes 52 .

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 device 60 includes a sheet body 11 and three electrodes 62-64 provided on the surface of the sheet body 11. FIG. Each of the electrodes 62 to 64 has a strain sensing element 13 and a plurality of conductive fibers 15 surrounding the strain sensing element 13 . The conductive fibers 15 of the electrodes 62 to 64 and the strain detecting element 13 are brought into contact with the measuring portion MO of the subject. Three electrodes 62 to 64 are arranged in one direction, and electric signals are supplied to the conductive fibers 15 of the two electrodes 62 and 64 on both sides of the three electrodes 62 to 64 to stimulate the measurement unit MO. The distortion detection element 13 of the electrode 63 can detect the distortion of the measuring part MO with respect to the stimulus and the change in the distortion.

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 device 70 includes a sheet body 11 and electrodes 72i ,j (where i and j are subscripts indicating rows and columns, respectively) arranged in a matrix on the surface of the sheet body 11. (a natural number) with i=1-3 and j=1-4). Electrodes 72i ,j each have a structure similar to electrodes 62-64 shown in FIG.

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 device 70 provides pulsed electrical signals between electrodes 72 i,1 and 72 i,4 (i=1 to 3) on both left and right sides, so that electrodes 72 i,2 and 72 i , 3 (i=1 to 3) can detect expansion/contraction of the muscle fibers mainly along the row direction. In addition, the device 70 supplies a pulsed electrical signal between the electrodes 72 1,j and 72 3,j (j=1 to 4) located above and below the electrodes 72 2,j (j = 1 to 4) can detect strain due to enlargement/reduction of muscle fibers mainly along the row direction. Furthermore, by alternately switching between the two directions of the electrodes 72 i and j that supply pulsed electrical signals, or by supplying the electrodes 72 i and j in oblique directions to each other, more complex muscle fiber enlargement can be achieved.・The strain detection element 13 can detect contraction and movement of the entire muscle.

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 device 80 includes a sheet body 11, two electrodes 82 provided on the surface of the sheet body 11, and a strain sensing element 13 arranged between the two electrodes 82. include. The two electrodes 82 are arranged so as to surround the strain sensing element 13 . By arranging the electrodes 82 in this way, a pulse-like electric signal is supplied between the electrodes 82, and the strain detecting element 13 can detect the movement of the muscle portion of the measuring portion in the spot-like range.

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, device 81 is surrounded by sheet body 11, four electrodes 82 1 to 82 4 provided on the surface of sheet body 11, and four electrodes 82 1 to 82 4 and the strain sensing element 13 . The strain sensing element 13 is rectangular in plan view, and the electrodes 82 1 to 82 4 are adjacent to the four corners of the strain sensing element 13 and have hook-shaped sides along the shape of the corners. The device 81 supplies pulsed electrical signals to at least two of the four electrodes 82 1 to 82 4 so that the strain detection element 13 can microscopically detect the movement of the muscle portion of the measuring section.

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 , device 90 includes sheet body 11 , a plurality of electrodes 92 provided on the surface of sheet body 11 , and strain sensing element 13 . In plan view, the electrodes 92 are cross-shaped, and the strain sensing element 13 is square. A plurality of strain sensing elements 13 are arranged in a matrix, and an electrode 92 is arranged between or in the center of four strain sensing elements 13 adjacent to each other. As a result, the device 90 can densely arrange the electrodes 92 and the strain detection elements 13, and localize the sound source of the muscle sound, that is, detect contracted muscles in a living body part where a plurality of muscle tissues are bundled. It can be identified by sound.

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 device 100 includes a sheet body 11 and three electrodes 102-104 provided on the surface of the sheet body 11. FIG. The electrodes 102 to 104 have a strain sensing element 13 and a plurality of conductive fibers 15 covering the strain sensing element 13 . The strain sensing element 13 is covered with the resin layer 14 shown in FIG. 2 and the conductive fibers 15 thereon. Since the elastic fiber 15 can follow changes in the strain of the skin of the measurement site of the subject, the strain of the subject's measurement site and changes in strain are reflected in the strain detection element 13 via the resin layer 14 and the conductive fibers 15. be. Thereby, the strain detection element 13 can detect the strain change of the measurement part MO of the subject.

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 device 100 has three electrodes 102 to 104 arranged in one direction, and a plurality of conductive fibers 15 are brought into contact with the subject's measuring part MO. Electric signals are supplied to the conductive fibers 15 of the two electrodes 102 and 104 on both sides of the three electrodes 102 to 104 to stimulate the measuring part MO. The distortion detection element 13 of the electrode 103 can detect the distortion change of the measuring part MO with respect to the stimulus.

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 resin layer 14 on the sheet body 11, an adhesive 14a is applied to the regions where the electrodes 12 are to be formed. For example, using a mask 110 having electrode-shaped openings 110a, a squeegee 111 is used to apply the adhesive 14a to the openings 110a. In patterning the adhesive 14a, a screen printing method, a stencil printing method, a dispensing method, a spray coating method, an inkjet method, or the like can be used. The thickness of the resin layer 14 is preferably a thickness that allows the conductive fibers 15 to be implanted, for example, 10 to 1000 μm.

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 mask 110 is removed, and the conductive fibers 15 are sprayed onto the surface on which the adhesive 14a is formed by an electrostatic spray method. Specifically, the sheet body 11 is placed on a grounded electrode 112, and a voltage is applied to the electrostatic spray gun 113. Then, the electrically charged conductive fibers 15 are applied from the electrostatic spray gun 113 to the sheet body 11 and the adhesive 14a. spray on top. The conductive fibers 15 are incident on the layer of the adhesive 14a along the electric lines of force FL. At this time, one end of the conductive fiber 15 is planted in the layer of the adhesive 14a by the kinetic energy generated by the spraying of the electrostatic spray gun 113 and the electrostatic force due to the potential difference between the electrostatic spray gun 113 and the electrode 112. . Other than the electrostatic spray method, a known method such as a spray coating method or an electrostatic flocking method may be used.

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 resin layer 14 is formed by curing the adhesive 14a. A vacuum cleaner 114 sucks and removes the conductive fibers 15 directly sprayed onto the surface of the sheet body 11 . It may be removed using a weak adhesive roller or the like. An electrode 12 having a plurality of conductive fibers 15 is thereby formed.

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 electrode 12 is formed on the surface of the sheet body 11 in the same manner as the electrode 12 in the previous step of FIG. 11B, and an insulating film (not shown) covering the wiring portion is formed. You may An insulating sheet or an insulating paste can be used for the insulating film.

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 silicon oxide film 122 is formed on a silicon substrate 121, and a silicon layer 25a is formed thereon. For example, the thickness of the silicon substrate 121 is 500 μm, the thickness of the silicon oxide film 122 is 2 μm, and the thickness of the silicon layer 25a is 5 μm. Silicon oxide film 122 and silicon layer 25a can be formed using a known method. Further, a doped silicon layer 123a is formed on the surface of the silicon layer 25a. The doped silicon layer 123a is formed by, for example, implanting an n-type dopant such as P (phosphorus) into a p-type silicon layer by ion implantation. Furthermore, the doped silicon layer 123a is etched until it reaches the surface of the silicon oxide film 122 around the portion that will become the silicon piezoresistive film. Thus, a silicon piezoresistive film 123 is formed, and electrodes 20 are formed at both ends of the silicon piezoresistive film 123 . Thereby, a silicon piezoresistive film 123 having electrodes 20 is formed. This corresponds to the strain sensing film 19 and the electrode 20 formed thereon shown in FIG. The silicon piezoresistive film 123 has, for example, a length of 5 mm in the direction connecting the two electrodes 20, a width of 1 mm, and a thickness of 5 μm.

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 silicon substrate 121 to the silicon oxide film 122 are removed by pattern etching. This leaves the silicon piezoresistive film 123 and the portion supporting it.

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 silicon piezoresistive film 123 is sucked and held by the collet 124, and further separated from the supporting portion.

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 silicon piezoresistive film 123 is adhered with an adhesive 26 to the flexible substrate 18, for example, a polyimide plate, on which the electrodes 22 are formed.

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 electrodes 20 of the silicon piezoresistive film 123 and the electrodes 22 of the flexible substrate 18 together. Furthermore, a protective layer 23 is formed so as to partially or wholly cover the silicon piezoresistive film 123 , the conductive paste 21 , and the electrodes 22 of the flexible substrate 18 . Through the above steps, the strain sensing element 13 of the silicon piezoresistive film is produced. The left side of FIG. 12(e) is shown with the protective layer 23 omitted.

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 measurement system 130 includes the device 10 and an electrical signal supply unit 131 connected to the electrodes 12 of the device 10 and supplying electrical signals to the electrodes 12 to stimulate the measurement unit MO of the subject. , a strain signal detection unit 132 connected to the strain detection element 13 to detect the strain of the strain detection element 13; and a signal analysis unit 134 connected to the electrical signal supply unit 131 and the distortion signal detection unit 132 .

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 signal supply unit 131 can supply electrical signals of various waveforms, voltages, signal widths, and frequencies, for example, single-shot or repetitive pulse waves with a voltage of several hundred volts and a pulse time width of several hundred microseconds (microseconds). It is possible and the pulse is applied between two electrodes 12 . The pulse wave may be a signal with only positive polarity, a signal with only negative polarity, or a signal with both positive and negative polarities. The electrical signal may be a square wave, a sine wave, or a spike. The electrical signal supply unit 131 can use, for example, an electrical signal generator such as a function generator or a pulse generator. The electrical signal supply section 131 outputs a signal for monitoring the electrical signal to the signal analysis section 134 .

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 distortion signal detector 132 detects a signal corresponding to distortion from the distortion detection element 13 . When the strain sensing element 13 uses the strain sensing film 19 exhibiting the piezoresistive effect, the strain signal sensing section 132 includes a Wheatstone bridge (not shown), and one of the four resistance elements of the Wheatstone bridge is As the strain detection film 19 , strain is detected from the resistance change of the strain detection film 19 . When the strain sensing element 13 uses the strain sensing film 19 exhibiting piezoelectric characteristics, the strain signal detector 132 detects strain from the electromotive force generated by the strain sensing film 19 . The distortion signal detection unit 132 outputs the detected distortion to the signal analysis unit 134 as a distortion signal (electrical signal). Note that the distorted signal detection section 132 may include an amplifier that amplifies the distorted signal. 13, the signal line from the strain sensing element 13 to the strain signal detecting section 132 is omitted to be one, but as shown in FIG. 3, the strain sensing element 13 has two electrodes. Therefore, there are two signal lines.

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 control unit 133 outputs a control signal to the electric signal supply unit 131, such as the voltage, pulse width, output timing, etc. of the electric signal for stimulation. The control section 133 may control the timing at which the distortion signal detection section 132 detects a signal corresponding to distortion from the distortion detection element 13 . The controller 133 can use, for example, a personal computer (PC).

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 signal analysis unit 134 can receive the distortion signal from the distortion signal detection unit 132 and analyze changes in distortion. The signal analysis unit 134 can use, for example, a personal computer (PC), an oscilloscope, a spectrum analyzer, and the like. The PC of the control unit 133 may be used as the PC. Furthermore, the signal analysis unit 134 and the control unit 133 are connected, and the signal analysis unit 134, according to the analysis result, increases the training effect or treatment effect of the measurement unit MO, or further analyzes the measurement unit MO. In order to proceed, change/update information such as the voltage, pulse width, and output timing of the electrical signal for stimulation may be transmitted to the control unit 133 . The controller 133 can control the electric signal for stimulation accordingly.

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 device 10 is the device 10 shown in FIG. 1 above. Any of the modified devices 41 to 42, 50, 60, 70, 80, 90 and 100 shown above can be used in place of the device 10. FIG. Furthermore, these devices may be used in combination.

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 measurement system 130 supplies an electrical signal for stimulation to the electrodes 12 of the device 10 by the electrical signal supply unit 131, and converts the strain (muscle sound) detected by the strain detection element 13 into a strain signal. The detection unit 132 sends a strain signal to the signal analysis unit 134, and the signal analysis unit 134 generates an electrical signal for stimulation and the corresponding movement of the entire muscle of the measurement unit MO, vibration of the muscle fiber, and expansion and contraction of the muscle fiber itself. etc. can be analyzed.

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 measurement system 140 in which device 145 includes multiple electrodes and strain sensing elements such as device 70 of FIG. 7 above or device 90 of FIG. An example in which one row of electrodes 72i,j is six will be described. The electrodes 142 1 to 142 6 have strain sensing elements 13 1 to 13 6 respectively.

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 measurement system 140 includes an electrode switching unit 141 between the electrical signal supply unit 131 and the electrodes 142 1 to 142 6 for switching the supply destination of the electrical signal for stimulation supplied from the electrical signal supply unit 131. . The electrode switching unit 141 is connected to the control unit 133, receives a switching control signal for the electrodes 142 1 to 142 6 from the control unit 133, and selectively connects two or more electrodes 142 1 to 142 6 . do.

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 measurement system 140 includes a strain detection element switching device between the strain detection elements 13 1 to 13 6 and the strain signal detection unit 132 for switching the supply destination of the signal corresponding to the strain from the strain detection elements 13 1 to 13 6 . A portion 143 is included. The strain sensing element switching section 143 is connected to the control section 133, receives a switching control signal for the strain sensing elements 13 1 to 13 6 from the control section 133, and switches one or more of the strain sensing elements 13 1 to 13 1 to 13 6 . Selectively connect 6 .

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 control section 133 generates switching control signals for the electrodes 142 1 to 142 6 and switching control signals for the strain detection elements 13 1 to 13 6 . As a result, the measurement system 140 can detect the strain change of the measurement part MO in response to stimulation by the electrical signal while selectively or scanning the position of the measurement part MO of the subject. It should be noted that measurement can be performed in the same manner when the measurement system 140 includes the device 90 shown in FIG. 9, and can also be applied to other devices described herein.

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 device 150 has a polyester cloth as a sheet body 11 and an electrode 12 formed on the surface thereof, and measures the contact resistance between the conductive fibers on the surface of the electrode 12 and the skin. For this purpose, the strain detecting element 13 in FIG. 1 is omitted.

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。 Electrodes 12 are conductive fibers that are cut from chemical fibers with silver plating formed on their surfaces and cut into lengths of 0.5 mm to 3 mm. Each of the electrodes 12 has a length (in the direction connecting the two electrodes) of 70 mm and a width of 70 mm, and the two electrodes are separated by 25 mm.

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 device 150 are brought into contact with the skin phantom at various pressures, and the electrical resistance between the two electrodes at that time, that is, the electrical resistance between the electrode-skin-electrode is changed to the pressure. Measured graphs are shown. With no pressure, the resistance decreased with increasing pressure to 4.8 MΩ. It can be seen from this that the contact resistance between the electrode 12 and the skin is reduced. As a comparative example, the electrical resistance value measured by adhering the electrode 12 to the skin phantom with a conductive gel is 1 MΩ, which corresponds to the case where the pressure of 20 hPa is applied to the device 150 . A pressure of 20 hPa is a normal pressure for sportswear that moderately presses the entire body and legs to improve form and posture. From these, it is clear that the electrodes 12 of the device 150 are practically suitable for applying stimulating electrical signals.

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 , device 160 includes sheet body 11 and two electrodes 12 and strain sensing element 13 provided on the surface of sheet body 11 . The sheet body 11 is a stretchable polyester cloth, and has a length (direction connecting two electrodes) of 120 mm and a width of 60 mm. The electrode 12 is the same electrode as in the measurement example of FIG. 15, and has a length and a width of 50 mm. A silicon piezoresistive film having a length of 5 mm, a width of 1 mm, and a thickness of 5 μm was used as the strain detection element 13 . Further, an electrode 22 for taking out a signal corresponding to the strain of the strain sensing element 13 was provided at a distance of about 10 mm from the electrode of the strain sensing element.

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 device 160 shown in FIG. 16 was used to supply an electrical signal to the electrodes using a commercially available electrical muscle stimulation (EMS) device (Toray International Inc. Trelito (registered trademark) EM300), and strain was applied. The distortion of the detection element 13 was detected using a Wheatstone bridge, amplified by an amplifier, and an electrical signal waveform for stimulation and a distorted waveform were acquired by an oscilloscope. 17(a) to (c) respectively show the electric signal waveform for stimulation on the left side, and the electric signal waveform for stimulation and the skin strain (ΔL/L) from the strain detection element on the right side. Waveforms representing the changes are shown exactly for both timings. Note that L is the distance between the electrodes of the silicon piezoresistive film. The device 160 had electrodes spaced apart longitudinally on the upper arm of the subject's right arm, and the strain sensing element was placed in contact with the skin over the biceps brachii muscle. A supporter was attached from above the device 160 to set pressure on the skin.

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 (frequency 5 Hz) with a time width of 0.1 ms on the positive side 337 V and the negative side 316 V is applied to the electrode, muscle contraction starts 40 ms later. It can be seen that the amount of change in skin strain (ΔL/L) caused by 1.33×10 −3 occurs.

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 device 160 shown in FIG. 16 can simultaneously apply electrical signals for stimulation by the electrodes 12 to the measuring section and detect distortion of the measuring section. In addition, it was found that the electrode 12 can be sufficiently contacted with the measurement part by the pressure of the supporter, and the electric signal can be applied, and the distortion of the three-dimensional measurement part such as the upper arm can be detected. From this, it was found that the device 160 is wearable and can be measured even if it is attached to clothes, patches, or the like.

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 2 or 3, wherein a plurality of the strain sensing elements are arranged along a direction perpendicular to the arrangement direction of the at least two electrodes.
(Appendix 5) The device according to Appendix 2 or 3, wherein a plurality of the strain sensing elements are arranged along the arrangement direction of the at least two electrodes.
(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 clauses 2 to 5, whereby the electrodes can be worn around the arms or legs of the subject, or perpendicular to the muscle bundles of the abdominal or back muscles.
(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 Device 11 Sheet members 12, 52, 62 to 64, 72 i,j , 82, 82 1 to 82 4 , 92,
102 to 104, 142 1 to 142 6 electrodes 13, 13 1 to 13 6 strain detection element 15 conductive fiber 18 flexible substrate 19 strain detection films 20, 22 electrode 21 conductive paste 130, 140 measurement system 131 electrical signal supply unit 132 Distortion signal detection unit 133 Control unit 134 Signal analysis unit 141 Electrode switching unit 143 Strain detection element switching unit

Claims (13)

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の各々は、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、請求項1記載のデバイス。 2. The strain sensing element according to claim 1, wherein each of said plurality of strain sensing elements has a strain sensing film for sensing said strain, said strain sensing film being a piezoresistive film whose electric resistance value changes according to said strain. device. 前記複数の歪検出素子の各々は、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、請求項1記載のデバイス。 2. The device according to claim 1, wherein each of said plurality of strain sensing elements has a strain sensing film for sensing said strain, and said strain sensing film generates an electromotive force by a piezoelectric effect according to said strain. 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、請求項1~3のうちいずれか一項記載のデバイス。 4. The device according to claim 1, wherein a plurality of said strain sensing elements are arranged along the direction in which said at least two electrodes are arranged. 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..
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、A device capable of detecting muscle contraction due to electrical stimulation,
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.
前記複数の歪検出素子の各々は、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、請求項6記載のデバイス。 7. The strain sensing element according to claim 6, wherein each of said plurality of strain sensing elements has a strain sensing film for sensing said strain, and said strain sensing film is a piezoresistive film whose electric resistance value changes according to said strain. device. 前記複数の歪検出素子の各々は、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、請求項6記載のデバイス。 7. The device according to claim 6, wherein each of said plurality of strain sensing elements has a strain sensing film that senses said strain, and said strain sensing film generates an electromotive force by a piezoelectric effect according to said strain. 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、 A device capable of detecting muscle contraction due to electrical stimulation,
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.
記複数の歪検出素子の各々は、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、請求項9記載のデバイス。 10. The strain sensing element according to claim 9, wherein each of said plurality of strain sensing elements has a strain sensing film for sensing said strain, and said strain sensing film is a piezoresistive film whose electric resistance value changes according to said strain. device. 前記複数の歪検出素子の各々は、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、請求項9記載のデバイス。 10. The device according to claim 9, wherein each of said plurality of strain sensing elements has a strain sensing film that senses said strain, and said strain sensing film generates an electromotive force by a piezoelectric effect according to said strain. 請求項1~11のうちのいずれか一項記載のデバイスと、 a device according to any one of claims 1 to 11;
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:
前記電気信号供給部と前記少なくとも2つの電極との間に、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、 first switching means between the electrical signal supply unit and the at least two electrodes for switching connection between the electrical signal supply unit and the electrodes by a first switching signal from the control unit;
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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