JPH0649076B2 - 電気刺激可撓性電極とその製造方法 - Google Patents

電気刺激可撓性電極とその製造方法

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JPH0649076B2 JP61139093A JP13909386A JPH0649076B2 JP H0649076 B2 JPH0649076 B2 JP H0649076B2 JP 61139093 A JP61139093 A JP 61139093A JP 13909386 A JP13909386 A JP 13909386A JP H0649076 B2 JPH0649076 B2 JP H0649076B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は電極に関し、特に神経もしくは筋肉またはそ
の両者を経皮電気刺激する可撓性電極（以下電気刺激可
撓性電極または単に電極という）およびその製造方法に
関する。
従来の技術 電気医療機器が間断なく開発され、これに伴つて多種の
電極が必要になつてきている。
この種の電極の多くは、設計目的としては患者の皮膚面
と、装置に接続された電気リードとの間に良好な電気信
号伝達を与えるものであるが、各電極はそれが使用され
る装置の種類に応じて特定の要件が課せられる。
例えば、心電計(EKG)とか脳波記録装置(EEG)といつた機
器はそもそもモニタ形の装置であり、患者の皮膚との接
触面または接触領域が小さい必要がある。
一方、神経経皮性電気刺激(TENS)や筋肉経皮性電気刺激
用装置では、神経、筋肉に刺激を与えるための比較的大
きな皮膚面接触が要求される。
神経経皮性電気刺激は、例えば手術後の痛みとか慢性的
痛みを抑制するのに有用であり、筋肉経皮性電気刺激
は、例えば筋肉組織の維持、増進に有用である。そし
て、神経および筋肉の刺激に適する電極は、皮膚と電極
の境界に亘つて一様な電気的結合を与えることが望まし
い。
上述のように、神経または筋肉の刺激に適す電極は、比
較的大きくて、約25.4mmの数倍（数インチ）もしくはそ
れ以上の寸法を有する。
神経、筋肉刺激は筋肉の収縮を生じるから、刺激に伴つ
て皮膚が相当量動く。
さらに電極のサイズが大きいので、皮膚からの発汗で電
極がゆるんだり、こわれたりし勝ちである。また当然の
ことながら、電極が大きくなればなるほど、電極の中心
領域で発生した汗は大気中へ蒸発または放出されるのに
より長い蒸発経路または距離を通らなければならない。
従来の電極は医療用接着テープなどで患者の皮膚へ固着
されていたが、治療中の患者の皮膚からの発汗や皮膚の
移動のため、皮膚から浮き上がる傾向があることが知ら
れている。
神経、筋肉刺激に好適な電極は、該電極の全面に亘つて
分布する電気信号を与えなければならないから、当然導
電性であることが必要である。
従来の電極は炭素を含浸したゴムとかビニールばかりで
なく、金属箔といつたような導電性部材を多数使用して
いた。
しかしながら、上述のように有用な電極は可撓性であつ
て電極下の患者皮膚の相対的移動に適応するものでなけ
ればならない。
スポーツによる負傷などで必要とされるように、神経、
筋肉刺激電極は長期に亘つて使用されるから、該電極は
皮膚によくなじむと共に皮膚と一緒に撓む必要がある。
電極の撓みが不充分だと患者の皮膚が過度に刺激された
り、電極と皮膚との間の不均一な接触に起因する電気的
温点が生じたりし、発疹が現れるかやけど感を生じる。
やけど感覚は、神経、筋肉刺激の電気信号印加後数分以
内で患者が感じるが、発疹状態は通常もつと時間が経つ
てから現われる。
そして従来の電極を神経、筋肉刺激に使用すると受信者
の25％〜35％が皮膚発疹を起こすことが判明した。
神経、筋肉刺激治療に用いる電極の伸張性に関しては、
さらに次のような問題がある。すなわち治療中の皮膚の
動きに適応するためには、電極は撓んだり伸びたりでき
なければならないが、一方電極の伸張により電極の導電
性が阻げられたり損なわれたりしてはならない。
電極の全接触領域に亘り一様な電流密度を与えるため、
従来の電極においても可撓性を持たせる試みがなされて
いた。代表的には金属メツシユまたは金属箔を利用して
電極に接触性を持たせ、かつ電極と患者の皮膚との間に
導電性ゲルを用いて両者間の動きに適応している。
しかしながら、比較的固い電極と皮膚との間の相対移動
がゲルによつて吸収されるため、この相対的移動によつ
てゲルが電極の導電部下方位置から動いてしまい、皮膚
への電極の使用寿命を制限する。
さらに皮膚と電極との間のこのような相対移動により、
被刺激神経、筋肉に対する電極位置が保てなくなる。
もちろん電極の正確な位置決めは治療法を熟知した診療
医などが行なう。電極配置が不正確であつたり、目標位
置から電極がずれると、治療硬化が著しく損なわれる。
発明が解決しようとする問題点 したがつて、電気刺激装置に用いる可撓性電極が必要と
され、この可撓性電極は患者の皮膚によく接着し、皮膚
からの取除しが容易であり、患者の皮膚と一緒に動き得
て被刺激神経組織や筋肉組織に対して常時適切な配置が
とれ、かつ皮膚を刺激したり治療中の患者に不快感を与
えたりすることなく、長期間常に皮膚と電気的接続を行
なうことができるものでなければならない。この発明の
電極はこのような要求を満たすものである。
問題点を解決するための手段 この発明の神経、筋肉経皮性電気刺激可撓性電極は、導
電性繊維の編物地を含む導電性布地を備え、この導電性
布地は、伸張方向における原寸法に対して少なくともそ
の約２０％分伸張可能なように編上げられている。
導電性布地の一方の側に可撓性導電性接着剤層が設けら
れて、神経、筋肉経皮性電気刺激可撓性電極を患者の皮
膚へ接着すると共に両者間に電気的導通接触を与える。
電気刺激装置との接続は電気リード線によつてなされ、
この電気リード線は導電性繊維に接続されて、電気刺激
装置との接続を行なうようになつている。
導電性布地の他方の側には非導電性シートが設けられ
て、該導電性布地に対する不要な電気的接触を阻止す
る。
導電性布地ははちの巣状べら針編物地からなり、この編
物地は導電性布地の第１原寸法に対してその約１００％
分伸張可能であると共に、導電性布地の第２原寸法に対
してその約２０％分伸張可能である。
この編物地を用いることによつて、布地の電導性を低下
させることなく、電極の充分な伸張が可能となる。この
ような構成の神経、筋肉経皮性電気刺激可撓性電極は、
直交方向のうちの一方向でより多く伸張するが、使用
時、神経、筋肉刺激の結果電極下の皮膚が動くのは主に
一方向においてであつて、該一方向は電極の主伸張方向
と一致している。
導電性布地の電導性は、ステンレス鋼とポリエステルの
混合繊維からなる導電性繊維を用いて得ることができ、
この場合混合繊維の約２０重量％がステンレス鋼で約８
０重量％がポリエステルである。
非導電性シートは適当な伸張性プラスチツク層でよく、
感圧接着剤によつて導電性布地に取付けられる。
非導電性シートと感圧接着剤層とは、導電性布地に対し
て電気リード線を保持し、両者間に電気接触を与える機
能も有する。この電気接触はステンレス鋼より線のよう
なより線リードを用いて良好に達成することができ、こ
の場合、より線の一端をほぐすことによつて、電気リー
ドと導電性布地との間に大きな接触領域を形成できる。
実施例 以下実施例によりこの発明の詳細を説明する。
第１図、第２図にこの発明に係る神経、筋肉経皮性電気
刺激可撓性電極１０を斜視図で示す。
後に詳細に説明するが、第１図に示す電極１０は患者の
手足２０または図示しない人体の部分に配置した状態で
矢印14,16の２方向に可撓である。第３図は電極１０の
構成を一層明瞭に示している。すなわち、電極１０は伸
張自在な導電性布地２２と、この導電性布地２２の一方
の側２８に設けられ、電極１０を患者の皮膚（第３図に
図示してない）へ接着する可撓導電性接着剤層２４と、
後述のように導電性布地２２に接続されて、コネクタ３
４などを介して電気刺激装置（図示せず）に接続すると
き、導電性布地２２へ電気信号を供給する電気リード線
３０とを備えている。
さらに、感圧接着剤層３８によつて導電性布地２２の他
方の側３６に設けられた可撓プラスチツクからなる裏打
層３２のような非導電性シートは、装置が疲労した際に
生じるような好ましくない電気的接触、すなわち導電性
布地２２との電気的接触を防止する手段となつている。
なお、診察医が規定する患者人体部へ優先的に電気信号
を与えるためには、導電性布地２２を外部物体や患者の
皮膚の他の領域から隔離する必要がある。
第４図に示すような編物地、好ましくは約６mm（1/4イ
ンチ）のはちの巣状べら針編物地で布地を形成すると、
この布地は第５図の矢印４０が示す伸張方向における布
地の第１原寸法に対して、その約１００％分伸張できる
と共に、第６図の矢印４２が示す第２伸張方向における
布地の第２原寸法に対してその約２０％分伸張でき、そ
の際布地の電導性が失なわれないことが判明した。この
ような性質の編物地としては、例えばカリフオルニア州
・アナハイムヒルズのパラゴン・ウエスト・編物製造所
のような編物メーカの市販品がある。
布地の導電性は個々の導電性繊維４６により与えられ
る。西独のバツケルト製の導電性繊維４６は、約1.35kg
/m2（１平方ヤードにつき約２５ポンド）の密度ではち
の巣状にべら針編みされる場合、２０％の３１６ステン
レス鋼と８０％のポリエステルからなる混合繊維であ
り、これを用いると神経、筋肉刺激電極に特に適した２
方向伸張自在な導電性布地が得られることが判明した。
この布地の２方向伸張自在性をこの発明の電極へ適用す
れば、患者人体部や手足の形状に応じた外形を取りうる
電極が得られる。
この発明では刺激電極が比較的大きいので、このことは
特に重要である。つまり、電極１０の寸法は例えば50.8
mm×76.2mm（２インチ×３インチ）の範囲にあるので、
電極１０と患者の皮膚との間で一様な接触を得るには、
電極を伸張させて皮膚へ係着させなければならない。
電気信号が患者人体内の筋肉や神経を活性化し、その結
果皮膚が持続的に移動すなわち収縮するのに伴つて、電
極１０そして当然のことながら導電性布地２０が絶えず
移動や伸張を繰返しても、これらの電極とか布地が劣化
しないことが特に重要である。導電性布地は弛い編物地
であるから、伸張してもその中の導電性繊維はいかほど
の劣化も受けず、電極の導電性が失なわれることはな
い。
患者の皮膚２０への電気信号伝達を効果的にするため、
たとえばコロラド州・ブールダのヴアリイ研究所がポリ
ヘーシブの名称で製造している導電性接着剤２４を電極
１０に使用する。この接着剤は電極製造に広く利用さ
れ、可撓性の利点を有するから導電性布地と一緒に動い
ても患者の皮膚との接触を断つたり、そこを伝達する電
気信号をしや断することがない。
次に電極１０の製法を説明する。まず、液状の導電性接
着剤２４を布地２２の一方の側２８上へ注ぐと、布地２
２の間隙５０は接着剤２４で充填される。
その後、接着剤は硬化してゲル状材となる。このゲル状
材は患者の皮膚へよく接着し、しかも脱毛などの不便を
伴なわずに皮膚から取去ることができる。この接着材は
市販のものであるが皮膚によくなじみ、皮膚を刺激しな
い。
導電性接着材２４として用いるポリヘーシブは本来可撓
性であるから、繊維４６が定める間隙５０間で導電性布
地と一緒に伸張する。
第２図、第３図において、非導電性プラスチツク層から
なる裏打層３２が導電性布地２２の他方の側３６に接着
され、裏打層３２と感圧接着剤層３８との両者によつ
て、リード線３０の導電性布地に対する物理的、電気的
接触状態を保つている。両者間の接触をよくするため
に、ステンレス鋼より線などからなる導電性リード線３
０の一端部をほぐしてほぐれ部５４を形成して僅かばか
り拡げる。
製造時、導電性布地２２の長さの1/3程度の距離をおい
て、導電性リード線を布地２２上に配置する。次に、接
着剤３８が貼着された裏打層３２をほぐれ部５４上に固
定配置してから圧力を加え接着する。
このように簡単な方法でリード線３０を導電性布地２２
へ接触させることによつて、導電性繊維と電極が伸張す
る際、リード線３０と布地２２との間である程度の移動
が可能となる。
なお、伸張は主に方向４０に沿つてなされ、この方向の
伸張によつてほぐれた素線５８が相互に分離して拡がる
ので、ほぐれ端部５４と導電性布地２２との間の相対移
動量は少ない。
導電性接着剤層２４の乾燥を防ぐため、使用前、使用後
の電極保管時には着脱可能な裏張り６０を施こす。この
裏張りとしては、導電性接着剤層２４をこわすことなく
該層から剥離できる適当なプラスチツクまたはシリコン
被覆紙を用いることができる。
以上、この発明の好ましい実施例を用いてこの発明に係
る神経、筋肉経皮性電気刺激可撓性電極について述べて
きたが、この発明はこれに限定されるものではない。し
たがつて、特許請求の範囲内において、当業者が想到し
うるような修正、変更または均等構成が採用されるもの
である。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の神経、筋肉経皮性電気刺激可撓性電
極を患者の皮膚上に配置した状態を示す図、第２図は刺
激電極の非導電性シートの一部をはがして電極内の電気
リード線を示すこの発明の実施例の斜視図、第３図は同
上の縦断正面図、第４図は同上の布地の拡大図であつて
はちの巣状べら針編物地を示す図、第５図は横手方向に
伸張されたこの発明に使用する導電性布地を示す図、第
６図は長手方向に伸張されたこの発明に使用する導電性
布地を示す図である。 10…神経、筋肉経皮性電気刺激可撓性電極 22…導電性布地、24…接着剤層 28…導電性布地の一方の側、32…非導電性シート 36…導電性布地の他方の側、46…導電性繊維 50…間隙
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 セオドア グラッシング アメリカ合衆国，92646 カリフォルニア, ハンティントン ビーチ，カンパス レイ ン 21332番地

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】多数の導電性繊維と、電気リード線と、接
    着剤層とを有する電気刺激可撓性電極において、導電性
    繊維(46)が編上げられて、間隙(50)が介在する編合わせ
    導電性繊維のアレイを有する導電性布地(22)に形成さ
    れ、この導電性布地(22)は伸張方向における導電性織地
    層(22)の原寸法に対して少なくともその２０％分伸張で
    き、接着剤層が可撓導電性固体接着剤層(24)からなり、
    この接着剤層(24)は導電性布地(22)の一方の側(28)で間
    隙(50)内に配置されて、電気刺激可撓性電極を患者の皮
    膚へ接着させると共に、該電極と皮膚との間を電気的に
    接触させ、さらに導電性布地(22)の他方の側(36)に設け
    られて、該導電性布地(22)に対する不要な電気的接触を
    阻止する非導電性シート手段(32)を有していることを特
    徴とする電気刺激可撓性電極。
  2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、導電性布
    地(22)ははちの巣状のべら針編物地からなり、接着剤層
    (24)は導電性布地(22)の一方の側に沿つて間隙内で伸張
    するのに充分な可撓性を有し、これにより接着剤層(24)
    と導電性繊維との間で分離を生じることなく、伸張方向
    における導電性布地の原寸法に対して少なくともその２
    ０％分該導電性布地が伸張されることを特徴とする電気
    刺激可撓性電極。
  3. 【請求項３】特許請求の範囲第２項において、導電性繊
    維(46)はステンレス鋼とポリエステルの混合繊維である
    ことを特徴とする電気刺激可撓性電極。
  4. 【請求項４】特許請求の範囲第３項において、導電性繊
    維は約２０重量％のステンレス鋼と、約８０重量％のポ
    リエステルとからなることを特徴とする電気刺激可撓性
    電極。
  5. 【請求項５】特許請求の範囲第２項において、非導電性
    シートを導電性布地へ保持させると共に、電気リード線
    (30)を該導電性布地(22)へ接触させる感圧接着剤層(38)
    を設けたことを特徴とする電気刺激可撓性電極。
  6. 【請求項６】特許請求の範囲第５項において、導電性布
    地(22)に接触する電気リード線部分(54)が個々の素線(5
    8)にほぐされ、該導電性布地(22)の伸張により、個々の
    ほぐれ素線(58)が分離して導電性布地と一緒に動くこと
    を特徴とする電気刺激可撓性電極。
  7. 【請求項７】特許請求の範囲第１項において、導電性布
    地(22)は６mmのはちの巣状べら針編物地であり、伸張方
    向における導電性布地の原寸法に対して少なくともその
    １００％分伸張可能であると共に、第２伸張方向におけ
    る導電性布地の第２原寸法に対してその２０％分伸張可
    能であり、該導電性布地(22)の面内で導電性布地の第２
    原寸法が、導電性布地の第１原寸法と直交していること
    を特徴とする電気刺激可撓性電極。
  8. 【請求項８】特許請求の範囲第１項において、接着剤層
    (24)がゲル材からなることを特徴とする電気刺激可撓性
    電極。
  9. 【請求項９】導電性繊維を編上げて、間隙が介在する編
    合せ導電性繊維のアレイを有する導電性布地を、伸張方
    向における該導電性布地の原寸法に対して少なくともそ
    の約２０％分伸張可能なように形成する編上げ工程と、
    導電性布地の一方の側で間隙内に可撓導電性接着剤層を
    設ける工程と、導電性布地へ電気リード線を接続する工
    程と、導電性布地の反対の側に、非導電性シートを設け
    る工程とを備えた方法によつて作られたことを特徴とす
    る電気刺激可撓性電極。
  10. 【請求項１０】導電性繊維を編上げて、間隙が介在する
    編合せ導電性繊維のアレイを有する導電性布地を、伸張
    方向における該導電性布地の原寸法に対して少なくとも
    その約２０％分伸張可能なように形成する編上工程と、
    導電性布地の一方の側で間隙内にゲル化可能な導電性液
    体接着剤を注入する工程と、ゲル化可能な導電性液体接
    着剤をゲル状の導電性接着剤層に形成する工程と、導電
    性布地へ電気リード線を接続する工程と、導電性布地の
    反対の側に非導電性シートを設ける工程とを備えた方法
    によつて作られたことを特徴とする電気刺激可撓性電
    極。
  11. 【請求項１１】ステンレス鋼とポリエステルの混合繊維
    を６mmのくもの巣状べら針編みを用いて編上げて、間隙
    が介在する編合せ導電性繊維のアレイを有する導電性布
    地を、伸張方向における該導電性布地の第１原寸法に対
    して少なくともその約１００％分伸張可能であると共
    に、該導電性布地の面内で導電性布地の第１原寸法と直
    交する第２伸張方向における導電性布地の第２原寸法に
    対してその約２０％分伸張可能なように形成する編上工
    程と、導電性布地の一方の側で、間隙内に硬化性の導電
    性液体接着剤を注入する工程と、硬化性の導電性液体接
    着剤をゲル状の導電性接着剤層に硬化する工程と、導電
    性布地の反対の側に電気リード線を接続する工程と、導
    電性布地の反対の側に非導電性シートを設ける工程とを
    備えた方法によつて作られたことを特徴とする電気刺激
    可撓性電極。
  12. 【請求項１２】導電性繊維を編上げて、間隙が介在する
    編合せ導電性繊維のアレイを有する導電性布地を、伸張
    方向における該導電性布地の原寸法に対して少なくとも
    その約２０％分伸張可能なように形成する編上工程と、
    導電性布地の一方の側で間隙内に可撓導電性接着剤層を
    設ける工程と、導電性布地へ電気リード線を接続する工
    程と、導電性布地の反対の側に、非導電性シートを設け
    る工程とを備えていることを特徴とする電気刺激可撓性
    電極の製造方法。
  13. 【請求項１３】導電性繊維を編上げて、間隙が介在する
    編合せ導電性繊維のアレイを有する導電性布地を、伸張
    方向における該導電性布地の原寸法に対して少なくとも
    その約２０％分伸張可能なように形成する編上工程と、
    導電性布地の一方の側で間隙内にゲル化可能な導電性液
    体接着剤を注入する工程と、ゲル化可能な導電性液体接
    着剤をゲル状の導電性接着剤層に形成する工程と、導電
    性布地へ電気リード線を接続する工程と、導電性布地の
    反対の側へ非導電性シートを設ける工程とを備えている
    ことを特徴とする電気刺激可撓性電極の製造方法。
  14. 【請求項１４】ステンレス鋼とポリエステルの混合繊維
    を約６mm（1/4インチ）のくもの巣状べら針編みを用い
    て編上げて、間隙が介在する編合せ導電性繊維のアレイ
    を有する導電性布地を、第１伸張方向における該導電性
    布地の第１原寸法に対して少なくとも約１００％分伸張
    可能であると共に、該導電性布地の面内で導電性布地の
    第１原寸法と直交する第２伸張方向における導電性布地
    の第２原寸法に対して、その約２０％分伸張可能なよう
    に形成する編上工程と、導電性布地の一方の側で間隙内
    に硬化性の導電性液体接着剤を注入する工程と、硬化性
    の導電性液体接着剤をゲル状の導電性接着剤層に硬化す
    る工程と、導電性布地の反対の側に電気リード線を接続
    する工程と、導電性布地の反対の側に非導電性シートを
    設ける工程とを備えていることを特徴とする電気刺激可
    撓性電極の製造方法。
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