JP7176644B2

JP7176644B2 - 生体用電極

Info

Publication number: JP7176644B2
Application number: JP2021543836A
Authority: JP
Inventors: 裕人松岡; 隆子石原; 浩芳都甲; 一善小野
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2019-09-03
Filing date: 2019-09-03
Publication date: 2022-11-22
Anticipated expiration: 2039-09-03
Also published as: JPWO2021044512A1; WO2021044512A1; US20220296147A1

Description

本発明は、生体用電極に関する。

心電や心拍数の計測は、心臓疾患の診断に限らず、熱中症予防や中枢疲労の判断、眠気検知などの体調管理、心拍トレーニングなどのスポーツを含め、幅広い分野で有用な技術である。簡易に心電や心拍を計測するために、例えば、着るだけで心電や心拍が計測可能な衣服、例えば「hitoe(登録商標)」がある。

この種の機能性衣服では、例えば、図７に示すように、シャツ２５１の裏に心電を検出する２つの生体用電極２００を備えている。生体用電極２００は、導電性高分子がコーティングされた繊維を用いた導電性の布である。この、導電性布による生体用電極２００が、シャツ２４１の裏面に縫い付けられている。また、このシャツに装着した計測器２１１で心電を計測する。計測器２１１では、２つの生体用電極２００で測定される心臓の筋収縮時に生じる電位差より、心電を計測することができる。また、計測器２１１が備える無線通信機能により、計測した心電や心拍数をスマートフォンなどの端末機器に送信する（非特許文献１）。

心電を計測する場合、医師や検査技師が所定の場所に電極を貼り付けて計測することになるが、上述した衣服を用いることで、着るだけで電極が適切な位置に配置されて貼り付けられる状態となる。このため、ユーザは、簡単に心電や心拍を計測することができ、これらを活用したサービスを簡単に受けることが可能となる。

ところで、上述した技術では、シャツ２５１が汗などで濡れた場合、シャツ２５１に取り付けられている２つの生体用電極２００の間の抵抗が下がり、計測できる心電位が低くなるという問題がある。これを解決する方法として、図８に示すように、シャツ２５１の裏面に、絶縁テープ２０１を介して生体用電極２００を貼り付ける技術が提案されている（特許文献１）。

国際公開第２０１６／０９３１９４号明細書

塚田信吾他、「着るだけで心電図を測るウェアラブル電極インナー」、ＮＴＴ技術ジャーナル, vol. ２６, no. ２, １５－１８頁, ２０１４年。

しかしながら、上述した技術では、導電性高分子を用いた生体用電極の導電性があまり高くないという問題があった。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、導電性高分子を用いた生体用電極の導電性をより高くすることを目的とする。

本発明に係る生体用電極は、絶縁性、防水性、および可撓性を有し、中央部に開口を備える環状の環状シートと、環状シートの上に形成された金属からなる環状の配線と、配線を覆い、開口を塞いで環状シートの上に形成された、導電性高分子から構成された導電シートと、配線に接続し、環状シートの環状部分より外部に引き出された接続配線と、導電シートの上に、導電シートを覆って形成された粘着層とを備える。

以上説明したように、本発明によれば、中央部に開口を備える環状の環状シートに、金属からなる環状の配線を設け、配線を覆い、開口を塞いで、環状シートの上に導電シートを形成したので、導電性高分子を用いた生体用電極の導電性をより高くすることができる。

図１Ａは、本発明の実施の形態に係る生体用電極１００の構成を示す平面図である。図１Ｂは、本発明の実施の形態に係る生体用電極１００の構成を示す平面図である。図１Ｃは、本発明の実施の形態に係る生体用電極１００の一部構成を示す断面図である。図１Ｄは、本発明の実施の形態に係る生体用電極１００の一部構成を示す断面図である。図２Ａは、本発明の実施の形態に係る生体用電極の製造途中の状態を示す平面図である。図２Ｂは、本発明の実施の形態に係る生体用電極の製造途中の状態を示す平面図である。図２Ｃは、本発明の実施の形態に係る生体用電極の製造途中の状態を示す平面図である。図２Ｄは、本発明の実施の形態に係る生体用電極１００の製造途中の状態を示す平面図である。図２Ｅは、本発明の実施の形態に係る生体用電極１００の構成を示す平面図である。図３は、本発明の実施の形態に係る生体用電極１００の適用例を示す構成図である。図４は、本発明の実施の形態に係る生体用電極１００ａの製造途中の状態を示す平面図である。図５Ａは、生体用電極の詳細な構成を示す平面図である。図５Ｂは、生体用電極の詳細な構成を示す底面図である。図５Ｃは、生体用電極の詳細な構成を示す右側面図である。図５Ｄは、生体用電極の詳細な構成を示す左側面図である。図５Ｅは、生体用電極の詳細な構成を示す正面図である。図５Ｆは、生体用電極の詳細な構成を示す背面図である。図６Ａは、本発明の実施の形態に係る生体用電極の詳細な構成を示す平面図である。図６Ｂは、本発明の実施の形態に係る生体用電極の詳細な構成を示す底面図である。図６Ｃは、本発明の実施の形態に係る生体用電極の詳細な構成を示す右側面図である。図６Ｄは、本発明の実施の形態に係る生体用電極の詳細な構成を示す左側面図である。図６Ｅは、本発明の実施の形態に係る生体用電極の詳細な構成を示す正面図である。図６Ｆは、本発明の実施の形態に係る生体用電極の詳細な構成を示す背面図である。図６Ｇは、本発明の実施の形態に係る生体用電極の詳細な構成を示す一部断面図である。図７は、生体用電極２００を用いた心電計測の構成を示す平面図である。図８は、生体用電極２００を用いた心電計測の構成を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態に係る生体用電極１００について図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、図１Ｄを参照して説明する。なお、図１Ｃは、図１Ｂのａａ’線の断面を示す。また、図１Ｄは、図１Ｂのｂｂ’線の断面を示す。

生体用電極１００は、平面視で環状の環状シート１０１と、環状シート１０１の上に形成された金属からなる環状の配線１０２と、配線１０２の上に形成された導電シート１０３と、接続配線１０４と、導電シート１０３を覆って形成された粘着層１０５とを備える。粘着層１０５により、生体用電極１００を、着衣の裏面に貼り付け可能としている。

環状シート１０１は、絶縁性、防水性、および可撓性を有する材料から構成され、中央部に開口１０１ａを備える。配線１０２は、例えば、金属ペーストから構成することができる。また、配線１０２は、金属箔から構成することもできる。

導電シート１０３は、配線１０２の上に接して形成され、配線１０２と電気的に接続している。また、導電シート１０３は、配線１０２を覆い、かつ開口１０１ａを塞いで環状シート１０１の上（一方の面の側）に形成されている。従って、環状シート１０１の他方の面の側において、導電シート１０３は、開口１０１ａで露出している。例えば、導電シート１０３は、導電性接着材などにより、配線１０２が形成されている環状シート１０１の上に接着固定されている。導電シート１０３は、例えば、導電性高分子がコーティングされた繊維を用いた導電性の布である。導電シート１０３は、導電性高分子のフィルムから構成することもできる。導電性高分子は、例えば、ＰＥＤＯＴ－ＰＳＳ［Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) -Poly(styrenesulfonate）］である。

また、接続配線１０４は、配線１０２に接続し、環状シート１０１の環状部分より外部に引き出されている。接続配線１０４を用い、計測器に配線１０２を電気的に接続する。例えば、環状シート１０１は、環状部分より外部に突出した配線保持部１０１ｂを備え、配線保持部１０１ｂの上に接続配線１０４が形成されている。また、接続配線１０４は、防水性を有する防水膜１０６に覆われている。

ここで、粘着層１０５は、防水性を有する材料から構成することができる。粘着層１０５を、防水性を有する材料から構成することで、粘着層１０５の側から導電シート１０３への水分の滲入（浸入）が防止できる。また、図示していないが、導電シート１０３と、粘着層１０５との間の全域に、防水性を有する防水シートを備える構成とすることもできる。このように防水シートを備えることで、粘着層１０５の側から導電シート１０３への水分の滲入（浸入）が防止できる。

次に、実施の形態に係る生体用電極１００の作製について、図２Ａ～図２Ｅを参照して説明する。まず、図２Ａに示すように、環状シート１０１に、配線１０２，接続配線１０４を形成する。例えば、銀ペーストなどの金属ペーストのパターンを、スクリーン印刷法などにより形成することで、配線１０２，接続配線１０４とすることができる。

次に、図２Ｂに示すように、配線保持部１０１ｂにおいて、接続配線１０４の上に防水膜１０６を形成する。例えば、防水性を有する高分子材料のフィルムを貼り付けることで、防水膜１０６とすることができる。

次に、図２Ｃに示すように、導電シート１０３を用意し、用意した導電シート１０３の一方の面に粘着層１０５を貼り付ける。

次に、一方の面に粘着層１０５を貼り付けた導電シート１０３を、環状シート１０１の配線１０２が形成されている面に貼り付け、図２Ｄに示すように、生体用電極１００とする。この後、図２Ｅに示すように、配線保持部１０１ｂの先端領域において、端子１０７を取り付ける。端子１０７は、防水膜１０６に形成された貫通穴１０８を介し、接続配線１０４に電気的に接続している。

次に、生体用電極１００の適用例について、図３を参照して説明する。生体用電極１００は、シャツ１５１の裏面に貼り付けて用いることができる。２つの生体用電極１００を、心臓の位置を挾むように、シャツ１５１の裏面に貼り付ける。２つの生体用電極１００の各々は、配線保持部１０１ｂに設けられている接続配線（不図示）により、計測器１１１に接続される。計測器１１１は、例えば、心電計測器であり、無線通信機能を備えている。計測器１１１は、２つの生体用電極１００で測定される心臓の筋収縮時に生じる電位差より、心電を計測することができる。また、計測器１１１が備える無線通信機能により、計測した心電や心拍数をスマートフォンなどの端末機器に送信する。

シャツ１５１が、ユーザに着衣されると、シャツ１５１の裏面に貼り付けられている生体用電極１００の、環状シート１０１の開口１０１ａに露出する導電シート１０３が、ユーザの体表面に接触する状態となる。２つの生体用電極１００の導電シート１０３が、心臓の位置を挾んで、ユーザの体表面に接触する。一方、配線１０２（接続配線１０４）は、ユーザの体表面との間に環状シート１０１が存在し、ユーザの体表面に接触することはない。

心臓の筋収縮時に生じる電位は、体表面に接触している導電シート１０３、配線１０２、接続配線１０４の経路で電導し、計測器１１１で計測される。このようにして、２つの生体用電極１００で測定される心臓の筋収縮時に生じる電位の差より、計測器１１１は、心電を計測する。

実施の形態に係る生体用電極１００によれば、体表面に接触可能とされている導電シート１０３に、配線１０２が接続され、配線１０２は、接続配線１０４により計測器１１１に接続される。従って、導電シートのみで生体用電極とする従来と比較し、導電シート１０３と、計測器１１１との間の電気抵抗が低下し、より高い導電性が得られる。この結果、ユーザの心電など、ユーザの生体情報をより正確に計測することができる。

また、生体用電極１００は、防水性を有する材料から構成された粘着層１０５で、シャツ１５１に貼り付けられている。従って、生体用電極１００とシャツ１５１との間の絶縁分離が確保される。このため、シャツ１５１を着用するユーザが汗をかき、シャツ１５１が汗で濡れて電気抵抗が下がったとしても、２つの生体用電極１００の間の絶縁分離は確保され、心電を正確に計測することが可能である。

上述した実施の形態に係る生体用電極１００によれば、導電性高分子を用いた生体用電極の導電性をより高くすることができる。

ところで、図４に示すように、絶縁性、防水性、および可撓性を有するシート１０１’に、電位計測回路を内蔵する計測器１２２を実装することで、心電、筋電、および表面電位を計測するシステムを構成することができる。シート１０１’は、中央部に、Ａ／Ｄ変換器１２１，計測器１２２，無線通信回路１２３、電池１２４などを実装する。また、シート１０１’は、中央部を挾み、２つの生体用電極１００ａを備える。シート１０１’は、２つの環状シート１０１を一体にしている。２つの生体用電極１００ａで測定された電位は、Ａ／Ｄ変換器１２１でデジタル変換され、計測器１２２で計測される。計測器１２２では、デジタル変換された２つの値の差より、心電を計測する。また、計測器１２２で計測された心電が、無線通信回路１２３により、無線端末に送信される。

以下、生体用電極のより詳細な構成について、図５Ａ，図５Ｂ，図５Ｃ，図５Ｄ，図５Ｅ，図５Ｆに示す。また、本発明に係る生体用電極のより詳細な構成について、図６Ａ，図６Ｂ，図６Ｃ，図６Ｄ，図６Ｅ，図６Ｆ，図６Ｇに示す。

以上に説明したように、本発明によれば、中央部に開口を備える環状の環状シートに、金属からなる環状の配線を設け、配線を覆い、開口を塞いで、環状シートの上に導電シートを形成したので、導電性高分子を用いた生体用電極の導電性をより高くすることができる。また、本発明によれば、防水性を有する材料から環状シートを構成し、防水性を有する材料から粘着層を構成し、また、導電シートと粘着層との間の全域に、防水性を有する防水シートを備えるようにしたので、導電性の向上とともに、より高い防水性が得られる。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。

１００…生体用電極、１０１…環状シート、１０１ａ…開口、１０１ｂ…配線保持部、１０２…配線、１０３…導電シート、１０４…接続配線、１０５…粘着層、１０６…防水膜。

Claims

絶縁性、防水性、および可撓性を有し、中央部に開口を備える環状の環状シートと、
前記環状シートの上に形成された金属からなる環状の配線と、
前記配線を覆い、前記開口を塞いで前記環状シートの上に形成された、導電性高分子から構成された導電シートと、
前記配線に接続し、前記環状シートの環状部分より外部に引き出された接続配線と、
前記導電シートの上に、前記導電シートを覆って形成された粘着層と
を備え、
前記導電シートと、前記粘着層との間の全域に形成され、防水性を有する防水シートをさらに備えることを特徴とする生体用電極。
請求項１記載の生体用電極において、
前記接続配線を覆って形成され、防水性を有する防水膜をさらに備えることを特徴とする生体用電極。