JP7152818B1

JP7152818B1 - 生体用電極装置

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Publication number: JP7152818B1
Application number: JP2022007701A
Authority: JP
Inventors: 恵一佐藤; 陽一菅野; 秀明藤井
Original assignee: 東和株式会社
Priority date: 2022-01-21
Filing date: 2022-01-21
Publication date: 2022-10-13
Anticipated expiration: 2042-01-21
Also published as: JP2023106774A

Abstract

【課題】取り扱いが容易で、牛などの大型の動物についても容易に取り付けて確実に電気信号を取得できる生体用電極を提供する。【解決手段】生体用電極装置１は、可撓性を有し、生体に取り付けられた取付状態において該生体の体表面に対向する導電性対向面２を有する電極基台３と、導電性対向面２に設けられ、前記取付状態において体表面の方に突出する導電性の電極プローブ４とを備える。電極プローブ４は、先端が、前記取付状態において、生体の体毛の存在に拘わらず体表面に接触するように、尖った形状を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、生体から電気信号を取得するために生体表面に取り付けられる生体用電極装置に関する。

従来、このような電極装置として、生体と接触する複数の電極脚と、前記電極脚を支持する基体部とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この電極装置では、基体部は、電極脚が当接する固定部材と、電極脚を固定部材と挟み込んで支持する支持部材とを有し、支持部材の可動に伴って電極脚が回転するように構成される。

また、体毛を有する生体の生体情報を取得できる可能性を高めた電極装置として、生体情報取得用の電極器具を生体に装着するための装着部と、この装着部から突出する突起部と、突起部の表面又はその近傍に配置され、電極の一部として機能する導電性繊維とを備えたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。この電極装置では、装着部がゴム等で形成された紐状となっており、その伸縮力により突起部及び導電性布が生体例えば犬の皮膚に押し付けられるような材質で形成されている。

特開２０２１－９４１５７号公報特開２０１８－１５５４４９号公報

しかしながら、上記特許文献１のものによれば、支持部材の可動に伴って電極脚が回転するように構成されているので、牛などの体表面に取り付けるのには適していない。一方、上記特許文献２のものによれば、突起部を導電性繊維で覆うことにより電極を構成しているので、取り扱いや保管に不便である。

本発明の目的は、かかる従来技術の課題に鑑み、取り扱いが容易で、牛などの大型の動物についても容易に取り付けて確実に電気信号を取得できる生体用電極を提供することにある。

本発明の生体用電極装置は、
可撓性を有し、生体に取り付けられた取付状態において該生体の体表面に対向する導電性対向面を有する２つの電極基台と、
前記導電性対向面に設けられ、前記取付状態において前記体表面の方に突出し、先端が、該体表面に接触するように尖った形状を有する導電性の電極プローブとを備え、
各電極基台は、一方の端部の前記導電性対向面と反対側の面に、該導電性対向面と導通した端子部を備え、
前記２つの電極基台は、前記端子部を有する側の端部同士が絶縁材により接続されて、帯状の電極基台対を構成し、
前記電極基台対は、これに相当する大きさの長方形状で非導電性の板材と、該板材の前記導電性対向面に対応する面部分に配置された前記電極プローブの形状を有するプローブ基材と、該プローブ基材が配置された該面部分に形成された導電塗膜とを備えることを特徴とする。

これによれば、取付状態において、電極プローブの先端が体表面に接触するので、生体からの電気信号が、確実に体表面から電極プローブを経て電極基台に伝達する。この電極基台に伝達した電気信号に基づいて、脈拍、深部体温、体表温度等の種々の生体情報を取得することができる。

また、電極基台が可撓性を有するので、電極基台を生体に取り付ける際には、電極基台を生体表面に容易に沿わせながら、導電性対向面を生体の体表面に対向させることができる。このため、牛などの大型の動物や犬などの小型の動物に対して、容易に電極基台を取り付けることができる。また、電極基台は、導電性対向面と電極プローブが設けられただけの簡便な構造であるため、取扱いや保管も容易である。
また、電極基台対の各端子部を介して、生体からの電気信号を、各電極基台対間の電位差として取得することができる。
また、非導電性の板材にプローブ基材を配置し、導電性塗料を塗布するだけで、電極基台対を容易に形成することができる。

本発明において、前記電極プローブは、錐体状の形状を有してもよい。これによれば、体毛の密度が高い生体に対しても、電極プローブの先端を生体表面に確実に接触させることができる。

また、前記電極基台は、長方形状で平板状の形態を有し、前記電極プローブとして、１つのプローブを備え、又は複数のプローブを該長方形状の長さ方向及び幅方向に所定ピッチで配列して備えてもよい。

これによれば、１つのプローブが生体表面に確実に接触し、又は複数の電極プローブがそれぞれ生体表面に接触するので、生体からの電気信号をより確実に取得することができる。

あるいは、前記電極基台及び前記電極プローブは、導電性カーボンを練り込んだ樹脂により形成されてもよい。

図１Ａは、本発明の一実施形態に係る生体用電極装置の電極基台対の上面図であり、図１Ｂは、電極基台対の側面図であり、図１Ｃは、電極基台対の下面図である。図１の生体用電極装置を牛に装着した様子を示す図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図１Ａ～図１Ｂは、それぞれ本発明の一実施形態に係る生体用電極装置の電極基台対の上面、側面及び下面を示す。これらの図に示すように、生体用電極装置１（図３参照）は、可撓性を有し、生体に取り付けられた取付状態において該生体の体表面に対向する導電性対向面２を有する電極基台３と、導電性対向面２に設けられ、前記取付状態において体表面の方に突出する導電性の電極プローブ４とを備える。

電極プローブ４は、例えば、可撓性を有する材料で形成される基材の表面に導電塗膜を形成することにより構成される。基材としては、例えば、一般的な樹脂や塩化ビニル、シリコンゴムなどを使用することができる。

導電塗膜の形成は、例えば、鱗状銀紛をフィラーとしてウレタン樹脂溶液に配合し、混錬・撹拌して分散させて作成した導電塗料を、基材の表面にスプレー塗布することによって電極層として製膜することにより行うことができる。スプレー装置としては、一般的なエアスプレーガンを使用することができる。このように、柔軟性があるウレタン樹脂を採用することによって、軟質樹脂やゴムなどで形成される基材に対する密着性と、基材の変形に対する追従性とに優れた導電塗膜が形成される。

また、塗布する樹脂溶液として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）及び二硫化モリブデンを潤滑剤として予め添加したものを採用することによって、生体の体毛や皮膚との摩擦を減らし、生体に対する接触抵抗の安定した低減を図ってもよい。

また、樹脂溶液は、一般的な樹脂や塩化ビニル、シリコンゴム等の基材に対しては、直接塗布して密着させることが可能であるが、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）などのオレフィン系樹脂や、一部のゴム類による基材に対しては、事前にイトロ処理やエッチング、プライマ処理などの基材表面の改質処理を行う必要がある。

このように、非導電性の樹脂やゴムの基材の表面に導電層を追加して電極化することによって、可撓性を有する電極プローブ４を容易に形成することができる。さらに、カーボン等の導電材を練り込んだゴムなどのように予め導電化した基材に上述の導電塗料を塗布することによって、生体との接触抵抗を小さくし、安定した生体情報の取得に効果を期待できる電極プローブ４を形成することもできる。

また、シリンコンゴムやアクリル等の樹脂に、導電性カーボンを練り込んで、導電性塗料を塗布することなく、電極プローブ４を形成してもよい。

電極プローブ４は、電極基台３を生体に取り付けた状態において、先端が生体の体毛の存在に拘わらず、体表面に先端が接触するように、先端部が尖った形状を有する。具体的には、電極プローブ４は、先端が尖った、円錐又は多角錐等の錘体状の形状を有する。先端の尖り度合いは、生体の皮膚に対して適度に突き刺さる程度であってもよい。

電極基台３は、長方形状で平板状の形態を有する。電極プローブ４は、複数のものが、該長方形状の長さ方向及び幅方向に所定のピッチで配列される。このピッチとしては、対象とする生体、電極基台３の寸法、電極プローブ４の数、大きさ、尖り度合い等に応じて適切な値が採用される。

電極基台３を構成する素材としては、例えば、ポリメチル・メタクリレート（ＰＭＭＡ）（商品名：ＶｅｒｏＣｌｅａｒ）を用いることができる。この素材は、アクリル樹脂系のものであり、少し硬い傾向を有する。一方、可撓性のある樹脂の素材であって適度の硬度を有するものとしては、例えば、熱可塑性エラストマ、軟質ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ゴムやシリコン等とのアロイ材などを用いることができる。

電極基台３として、シリコンゴムやアクリル等の樹脂に導電性カーボンを練り込んだものを用いることもできる。

電極基台３としては可撓性を有するものが望ましく、一方、円錐状の電極プローブ４としては、生体への電極基台３の装着時に先端形状を維持するために適度の硬度を有するものが望ましい。このため、電極基台３と電極プローブ４として、材質が異なるものを採用してもよい。

電極プローブ４が設けられた２つの電極基台３により電極基台対７が構成される。各電極基台３は、一方の端部の導電性対向面２と反対側の面に、導電性対向面２と導通した端子部８を備える。２つの電極基台３は、端子部８を有する側の端部同士が可撓性を有するシート状の絶縁材９により間隔をあけて接続され、帯状の電極基台対７を構成する。絶縁材９は、２つの電極基台３の端子部８側の面の全体にわたって貼り付けて設けられる、ただし、両電極基台３の端子部８を有する側の端部の間の間隔部分には、両端部を接続するようにして、絶縁材９のみが存在する。

生体用電極装置１は、電極基台対７の各端子部８を介して得られる生体からの電気信号を処理して無線送信する無線信号処理部１０を備える。無線信号処理部１０は、電極基台対７の各端子部８に対応する入力端子Ｉｎを備える。電極基台対７の各端子部８と、これに対応する無線信号処理部１０の入力端子Ｉｎとは、磁力により相互に吸着して接続し得るように構成される。無線信号処理部１０は、この磁力による吸着力によって電極基台対７に取り付けられる。

図３は、生体用電極装置１を、生体としての牛に取り付けた様子を示す。同図に示すように、生体用電極装置１は、電極基台対７を牛に取り付けるためのベルト１１を備える。ベルト１１は、その長さ方向と電極基台対７の長さ方向とが一致するように電極基台対７を保持するとともに、牛の胸部及び背部の廻りに回して牛に電極基台対７を取り付け得るように構成される。ベルト１１に電極基台７を取り付けて保持させるために、面ファスナを用いてもよい。

この構成において、牛について生体用電極装置１を使用する場合には、電極基台対７の電極プローブ４側の面が牛の体表面の所定位置に対向するように、電極基台対７が牛に取り付けられる。所定位置としては、牛からの目的とする電気信号を取得するのに適切な位置、例えば心臓に近い位置が該当する。この取付けは、図３に示すように、電極基台対７を面ファスナ等で保持したベルト１１を、牛の胸部及び背部の廻りに回し、バックル等でベルト１１を留めることにより行われる。

電極基台対７の取付け後、無線信号処理部１０を、上述の磁力の吸引力を利用して、電極基台対７に取り付ける。これにより、牛の体表面からの無線信号処理部１０への電気信号の伝達が確立される。この電気信号は、無線信号処理部１０において、２つの端子部８間の電位差として受信される。

無線信号処理部１０は、この受信される電気信号を処理し、デジタルデータとして送信する。これを受信するパソコン等の処理装置は、受信データに基づき、脈拍、心拍数、呼吸（数）、血圧、体温等のバイタルサインを表示することができる。

以上のように、本実施形態によれば、電極基台３が可撓性を有するので、電極基台３を生体に取り付ける際には、電極基台３を生体表面に容易に沿わせながら、導電性対向面２を生体の体表面に対向させることができる。このため、牛などの大型の動物や犬などの小型の動物に対して、容易に電極基台３を取り付けることができる。また、電極基台３は、導電性対向面２と電極プローブ４が設けられただけの簡便な構造であり、電極基台対７は電極基台３を絶縁材９で接続しただけのものであるため、取扱いや保管が容易である。

また、電極プローブ４の先端部が、尖った形状を有するので、電極プローブ４の先端を生体表面に確実に接触させることができる。

また、電極プローブ４が全体的には錐状の形態を有するので、体毛の密度が高い生体に対しても、電極プローブ４の先端を確実に生体表面に接触させることができる。

また、電極基台３は、長方形状で平板状の形態を有し、複数の電極プローブ４が、該長方形状の長さ方向及び幅方向に所定ピッチで配列され、各電極プローブ４が生体表面に接触するので、生体からの電気信号をより確実に取得することができる。

また、２つの電極基台３が絶縁材により接続されて帯状の電極基台対７を構成するので、電極基台対７の各端子部８を介して、生体からの電気信号を、各端子部８間の電位差として取得することができる。

また、電極基台対７を生体に取り付けるためのベルト１１を備えるので、ベルト１１を生体の胸部及び背部の廻りに回してバックルなどで留めることにより、容易に生体に電極基台対７を取り付けることができる。

また、無線信号処理部１０を、磁力による吸着によって電極基台対７に容易に取り付けることができるので、生体から得られる電気信号を信号処理部により処理し、その結果を他の機器に送信して表示することにより、生体情報を遠隔からモニタすることができる。

また、電極基台３及び電極プローブ４が導電性カーボンを練り込んだ樹脂により形成される場合には、導電性塗料を塗布する必要がないので、導電性カーボンを練り込んだ樹脂部材を予め準備しておくことにより、電極基台３を形成する工程を簡略化することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、本発明の生体用電極装置は、牛に限らず人間や他の動物に適用してもよい。また、無線信号処理部１０にＧＰＳ発信機を設け、生体毎の生体情報をＧＰＳ発信機からの位置情報に対応付けて管理してもよい。

また、電極基台３には、放熱用の開口部を１又は複数設けてもよい。また、適用する生体の種類に応じて体毛の密集度や太さ、硬さが異なるので、これらに対応させて、電極プローブ４の形状、太さ、硬さ、配置、数量、電極基台３の可撓性の程度等を変更してもよい。

また、電極基台対７は、中間に絶縁層を設けた１枚の平板状のものとして構成してもよい。また、各電極基台３における電極プローブ４の数は１つであってもよい。

また、電極基台対７は、これに相当する大きさの長方形状で非導電性（絶縁性）の板材と、該板材の導電性対向面２に対応する面部分に配置された電極プローブの形状を有するプローブ基材と、該プローブ基材が配置された該面部分に塗布された導電性塗料とを備えてもよい。すなわち、導電性材料は、当該面部分とその上に配置されたプローブ基材とで形成される表面全体に一体的に塗布される。

ただし、電極基台対７の各電極基台３の間に対応する部分には導電性塗料が塗布されないので、各電極基台３間の絶縁性は確保される。この場合、非導電性の板材にプローブ基材を配置し、導電性塗料を塗布し、端子部８を設けるだけで、電極基台対７を容易に形成することができる。

１…生体用電極装置、２…導電性対向面、３…電極基台、４…電極プローブ、５…曲面部分、６…基端側部分、７…電極基台対、８…端子部、９…絶縁材、１０…無線信号処理部、１１…ベルト、Ｉｎ…入力端子。

Claims

可撓性を有し、生体に取り付けられた取付状態において該生体の体表面に対向する導電性対向面を有する２つの電極基台と、
前記導電性対向面に設けられ、前記取付状態において前記体表面の方に突出し、先端が、該体表面に接触するように尖った形状を有する導電性の電極プローブとを備え、
各電極基台は、一方の端部の前記導電性対向面と反対側の面に、該導電性対向面と導通した端子部を備え、
前記２つの電極基台は、前記端子部を有する側の端部同士が絶縁材により接続されて、帯状の電極基台対を構成し、
前記電極基台対は、これに相当する大きさの長方形状で非導電性の板材と、該板材の前記導電性対向面に対応する面部分に配置された前記電極プローブの形状を有するプローブ基材と、該プローブ基材が配置された該面部分に形成された導電塗膜とを備えることを特徴とする生体用電極装置。
前記電極プローブは、錐体状の形状を有することを特徴とする請求項１に記載の生体用電極装置。
前記電極基台は、長方形状で平板状の形態を有し、前記電極プローブとして、１つのプローブを備え、又は複数のプローブを該長方形状の長さ方向及び幅方向に所定ピッチで配列して備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の生体用電極装置。
前記電極基台及び前記電極プローブは、導電性カーボンを練り込んだ樹脂により形成されることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の生体用電極装置。