JPH10201725A - 生体用電極 - Google Patents
生体用電極Info
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- JPH10201725A JPH10201725A JP9011196A JP1119697A JPH10201725A JP H10201725 A JPH10201725 A JP H10201725A JP 9011196 A JP9011196 A JP 9011196A JP 1119697 A JP1119697 A JP 1119697A JP H10201725 A JPH10201725 A JP H10201725A
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- 240000001970 Raphanus sativus var. sativus Species 0.000 abstract 1
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
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Landscapes
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 変動する磁場に置かれる生体用電極の電極体
に発生する渦電流を少なくして、この渦電流による熱の
発生を少なくする。 【解決手段】 本生体用電極は、電極体の装着面が１つ
の円形である生体用電極と比べ、電極体２の装着面は、
総面積は同じであるが、最大の内接円Ｃ1 が、装着面が
１つの円形の上記生体用電極のその装着面（半径Ｃ2 ）
よりも小さく描かれる形状である。この生体用電極によ
れば、上記最大の内接円に生じる渦電流による熱エネル
ギーと残りの部分の電極体に生じる渦電流による熱エネ
ルギーの和は電極体の装着面が１つの円形である上記生
体用電極よりも小さい。
に発生する渦電流を少なくして、この渦電流による熱の
発生を少なくする。 【解決手段】 本生体用電極は、電極体の装着面が１つ
の円形である生体用電極と比べ、電極体２の装着面は、
総面積は同じであるが、最大の内接円Ｃ1 が、装着面が
１つの円形の上記生体用電極のその装着面（半径Ｃ2 ）
よりも小さく描かれる形状である。この生体用電極によ
れば、上記最大の内接円に生じる渦電流による熱エネル
ギーと残りの部分の電極体に生じる渦電流による熱エネ
ルギーの和は電極体の装着面が１つの円形である上記生
体用電極よりも小さい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、生体用電極の改良
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】患者に電極を装着して核磁気共鳴イメー
ジング（ＭＲＩ）や、磁気刺激を行うと、その電極自身
に渦電流が生じ、発熱して火傷をするおそれがある。例
えば、連続経頭蓋磁気刺激の場合、てんかんの誘発が起
こることが知られており、その兆候があれば刺激は即座
に中止しなければならない。このモニタリングは脳波で
行なうことが考えられる。しかし、脳波電極は導電率が
大きい純銀で作られていることが多い。このため、刺激
コイルと脳波電極の位置関係によっては脳波電極に誘起
する渦電流の密度が増し、発熱して火傷をするおそれが
ある。従来より生体用電極の電極体の装着面は１つの円
形であった。
ジング（ＭＲＩ）や、磁気刺激を行うと、その電極自身
に渦電流が生じ、発熱して火傷をするおそれがある。例
えば、連続経頭蓋磁気刺激の場合、てんかんの誘発が起
こることが知られており、その兆候があれば刺激は即座
に中止しなければならない。このモニタリングは脳波で
行なうことが考えられる。しかし、脳波電極は導電率が
大きい純銀で作られていることが多い。このため、刺激
コイルと脳波電極の位置関係によっては脳波電極に誘起
する渦電流の密度が増し、発熱して火傷をするおそれが
ある。従来より生体用電極の電極体の装着面は１つの円
形であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このように従来は、患
者に電極を装着し、磁気を与える装置を使用するとその
電極は渦電流が生じて発熱し、患者は火傷をするおそれ
があった。
者に電極を装着し、磁気を与える装置を使用するとその
電極は渦電流が生じて発熱し、患者は火傷をするおそれ
があった。
【０００４】本発明の目的は、渦電流が生じ難い生体用
電極を提供することである。
電極を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、生体に装着さ
れる電極体の装着面が１つの円形である生体用電極と比
べ、電極体の装着面の総面積は同じであるが、その装着
面は最大の内接円が前記生体用電極の装着面よりも小さ
く描かれる形状の生体用電極である。本発明の電極がこ
のような構成となっている理由を以下に述べる。
れる電極体の装着面が１つの円形である生体用電極と比
べ、電極体の装着面の総面積は同じであるが、その装着
面は最大の内接円が前記生体用電極の装着面よりも小さ
く描かれる形状の生体用電極である。本発明の電極がこ
のような構成となっている理由を以下に述べる。
【０００６】渦電流は良く知られているように、導体を
通る磁束Φが変化するとその導体に渦状に発生する電流
である。これにより、図１に示す面積Ｓをとりまく閉曲
線Ｃに起こる電圧ｅは、次式で表される。 ｜ｅ｜＝ｄΦ／ｄｔ＝ｄ（ＢＳ）／ｄｔ＝ｄ（Ｂπ
ｒ2 ）／ｄｔ ここで、Ｂ；磁束密度 ｒ；閉曲線Ｃの半径
通る磁束Φが変化するとその導体に渦状に発生する電流
である。これにより、図１に示す面積Ｓをとりまく閉曲
線Ｃに起こる電圧ｅは、次式で表される。 ｜ｅ｜＝ｄΦ／ｄｔ＝ｄ（ＢＳ）／ｄｔ＝ｄ（Ｂπ
ｒ2 ）／ｄｔ ここで、Ｂ；磁束密度 ｒ；閉曲線Ｃの半径
【０００７】この電圧ｅによる電界Ｅは、次式で表され
る。 ｜Ｅ｜＝ｅ／（２πｒ）＝（ｒ／２）・（ｄＢ／ｄｔ） ｄＢ／ｄｔを一定とすると、 Ｅ＝ｋ1 ・ｒ ｋ1 ；定数
る。 ｜Ｅ｜＝ｅ／（２πｒ）＝（ｒ／２）・（ｄＢ／ｄｔ） ｄＢ／ｄｔを一定とすると、 Ｅ＝ｋ1 ・ｒ ｋ1 ；定数
【０００８】このとき導体の導電率をσとすると、電流
密度Ｊは次式で表される。 Ｊ＝σＥ＝σｋ1 ・ｒ 半径ｒの閉曲線Ｃに直交する単位面積ｓを通る電流ｉ
は、次式で表される。 ｉ＝Ｊｓ＝σｋ1 ｓ・ｒ …（１） 上記閉曲線Ｃに沿った導体（断面積ｓ）の全抵抗Ｒは、
円周の長さ、すなわち半径ｒに比例するから、Ｒは次式
で表される。 Ｒ＝ｋ2 ・ｒ …（２） ｋ2 ；定数
密度Ｊは次式で表される。 Ｊ＝σＥ＝σｋ1 ・ｒ 半径ｒの閉曲線Ｃに直交する単位面積ｓを通る電流ｉ
は、次式で表される。 ｉ＝Ｊｓ＝σｋ1 ｓ・ｒ …（１） 上記閉曲線Ｃに沿った導体（断面積ｓ）の全抵抗Ｒは、
円周の長さ、すなわち半径ｒに比例するから、Ｒは次式
で表される。 Ｒ＝ｋ2 ・ｒ …（２） ｋ2 ；定数
【０００９】上記閉曲線Ｃに沿った導体に流れる電流ｉ
により発生するエネルギーＰは、次式で表される。 Ｐ＝ｉ2 ・Ｒ （１）式、（２）式を代入すると、 Ｐ＝（σｋ1 ｓ・ｒ）2 ・（ｋ2 ・ｒ）＝ｋ3 ・ｒ3 …（３） ここで、ｋ3 ＝（σｋ1 ｓ）2 ・ｋ2 ；定数
により発生するエネルギーＰは、次式で表される。 Ｐ＝ｉ2 ・Ｒ （１）式、（２）式を代入すると、 Ｐ＝（σｋ1 ｓ・ｒ）2 ・（ｋ2 ・ｒ）＝ｋ3 ・ｒ3 …（３） ここで、ｋ3 ＝（σｋ1 ｓ）2 ・ｋ2 ；定数
【００１０】図２に示すように導体の円板を、その半径
方向の長さをｎ等分して、ｎ個のリングの集合と考え
る。図２（ａ）はその平面図、図２（ｂ）はその断面図
である。この円板に直交する方向に磁束がある場合に生
じる電流は図３に示すように半径に比例して電流は大き
くなる（（１）式参照）。各リングの断面積をｓとする
と、この導体全体に生じた渦電流により発生するエネル
ギーＰt は、各リングで発生するエネルギーの和である
から（３）式を用いて次式のように表される。 Ｐt ＝Ｐ1 ＋Ｐ2 ＋…＋Ｐn ＝ｋ3 （ｒ3 1 ＋ｒ3 2 ＋…＋ｒ3 n ）
方向の長さをｎ等分して、ｎ個のリングの集合と考え
る。図２（ａ）はその平面図、図２（ｂ）はその断面図
である。この円板に直交する方向に磁束がある場合に生
じる電流は図３に示すように半径に比例して電流は大き
くなる（（１）式参照）。各リングの断面積をｓとする
と、この導体全体に生じた渦電流により発生するエネル
ギーＰt は、各リングで発生するエネルギーの和である
から（３）式を用いて次式のように表される。 Ｐt ＝Ｐ1 ＋Ｐ2 ＋…＋Ｐn ＝ｋ3 （ｒ3 1 ＋ｒ3 2 ＋…＋ｒ3 n ）
【００１１】ここで、たとえばｎ＝１０とすると、 Ｐt ＝ｋ3 ｛(1/10)3 ＋(2/10)3 ＋…＋(10/10) 3 ｝・ｒ3 ＝3.025 ｋ3 ・ｒ3 面積が上記円板の1/2 となる円板の半径は、約0.7rであ
るから、この半径0.7rの円板に生じた渦電流により発生
するエネルギーＰh は次式で表される。 Ｐh ＝ｋ3 ｛(1/10)3 ＋(2/10)3 ＋…＋(7/10)3 ｝・ｒ3 ＝0.784 ｋ3 ・ｒ3 ここで、Ｐh とＰt の比を求めると、 Ｐh ／Ｐt ＝0.784/3.025 ＝0.25…
るから、この半径0.7rの円板に生じた渦電流により発生
するエネルギーＰh は次式で表される。 Ｐh ＝ｋ3 ｛(1/10)3 ＋(2/10)3 ＋…＋(7/10)3 ｝・ｒ3 ＝0.784 ｋ3 ・ｒ3 ここで、Ｐh とＰt の比を求めると、 Ｐh ／Ｐt ＝0.784/3.025 ＝0.25…
【００１２】すなわち、円板の面積が1/2 となると、渦
電流により発生するエネルギーは、約1/4 となる。従っ
て、１つの円板を用いた場合と、その円板の1/2 の面積
の円板を２つ用いた場合では、全体では両者は同じ面積
でありながら、後者の方が、渦電流により発生する総エ
ネルギーは少なく、その値は前者の約1/2 となる。
電流により発生するエネルギーは、約1/4 となる。従っ
て、１つの円板を用いた場合と、その円板の1/2 の面積
の円板を２つ用いた場合では、全体では両者は同じ面積
でありながら、後者の方が、渦電流により発生する総エ
ネルギーは少なく、その値は前者の約1/2 となる。
【００１３】このため生体用電極において、電極体の装
着面形状は面積が同じであれば、なるべく小さな内接円
が描かれるような形状の方が渦電流は発生し難い。
着面形状は面積が同じであれば、なるべく小さな内接円
が描かれるような形状の方が渦電流は発生し難い。
【００１４】より厳密に説明すると、次のようになる。
半径Ａの導体の円板に生じた渦電流により発生するエネ
ルギーＰt は、（３）式より次のようになる。
半径Ａの導体の円板に生じた渦電流により発生するエネ
ルギーＰt は、（３）式より次のようになる。
【数１】
【００１５】ここで、図４に示すように、それぞれ半径
がＡとａＡ（Ａのａ倍）の２つの円板と、これらの円板
の面積の合計と同じ面積の１つの円板（半径がｂＡ；Ａ
のｂ倍）を考える。これらの面積の関係は次式で表わさ
れる。 π・（ｂＡ）2 ＝π・（Ａ）2 ＋π・（ａＡ）2 ａ＞０であるから、この式より次式が成立する。 ａ＝（ｂ2 −１）1/2 …（５）
がＡとａＡ（Ａのａ倍）の２つの円板と、これらの円板
の面積の合計と同じ面積の１つの円板（半径がｂＡ；Ａ
のｂ倍）を考える。これらの面積の関係は次式で表わさ
れる。 π・（ｂＡ）2 ＝π・（Ａ）2 ＋π・（ａＡ）2 ａ＞０であるから、この式より次式が成立する。 ａ＝（ｂ2 −１）1/2 …（５）
【００１６】半径がｂＡの１つの円板に発生する渦電流
によるエネルギーと、それぞれ半径がＡとａＡの２つの
円板に発生する渦電流によるエネルギーの和との差Ｄは
（４）式より次のように表される。 Ｄ＝ｋ4 ・（ｂＡ）4 −ｋ4 ｛Ａ4 ＋（ａＡ）4 ｝ ここで、（５）式より、 Ｄ＝ｋ4 ・（ｂＡ）4 −ｋ4 ｛Ａ4 ＋（ｂ2 −１）2 ・Ａ4 ｝ ＝2 ・ｋ4 ・Ａ4 ・（ｂ2 −１）
によるエネルギーと、それぞれ半径がＡとａＡの２つの
円板に発生する渦電流によるエネルギーの和との差Ｄは
（４）式より次のように表される。 Ｄ＝ｋ4 ・（ｂＡ）4 −ｋ4 ｛Ａ4 ＋（ａＡ）4 ｝ ここで、（５）式より、 Ｄ＝ｋ4 ・（ｂＡ）4 −ｋ4 ｛Ａ4 ＋（ｂ2 −１）2 ・Ａ4 ｝ ＝2 ・ｋ4 ・Ａ4 ・（ｂ2 −１）
【００１７】ｂ＞１であるから、この差Ｄは正である。
すなわち、装着面の総面積が同じであるならば、１つの
円板電極体に発生する渦電流によるエネルギーは２つの
円板電極体に発生する渦電流によるエネルギーの和より
も大きい。
すなわち、装着面の総面積が同じであるならば、１つの
円板電極体に発生する渦電流によるエネルギーは２つの
円板電極体に発生する渦電流によるエネルギーの和より
も大きい。
【００１８】従って、電極体の装着面は、総面積が一定
であれば１つの円形に近い形状である程、その電極体は
渦電流により発生するエネルギーが大きい。言い換える
と、電極体の装着面は、総面積が一定であれば、取り得
る最大の内接円が大きい程、その電極体に渦電流により
発生する熱エネルギーは大きい。
であれば１つの円形に近い形状である程、その電極体は
渦電流により発生するエネルギーが大きい。言い換える
と、電極体の装着面は、総面積が一定であれば、取り得
る最大の内接円が大きい程、その電極体に渦電流により
発生する熱エネルギーは大きい。
【００１９】すなわち、生体に装着される電極体の装着
面が１つの円形である生体用電極と比べ、電極体の装着
面の総面積は同じであるが、その装着面は、最大の内接
円が前記生体用電極の装着面よりも小さく描かれる形状
の生体用電極の方が渦電流による熱の発生が少ない。
面が１つの円形である生体用電極と比べ、電極体の装着
面の総面積は同じであるが、その装着面は、最大の内接
円が前記生体用電極の装着面よりも小さく描かれる形状
の生体用電極の方が渦電流による熱の発生が少ない。
【００２０】
【発明の実施の形態】第１の実施の形態を説明する。図
５の底面図に示すように、この生体用電極は、円板状の
合成樹脂製の基板１に十字形の板状の電極体２を固着し
たものである。図６は図５のＸ−Ｘ線の断面図である。
この図に示すように、基板１内においてこの電極体２
は、導線３に接続されている。
５の底面図に示すように、この生体用電極は、円板状の
合成樹脂製の基板１に十字形の板状の電極体２を固着し
たものである。図６は図５のＸ−Ｘ線の断面図である。
この図に示すように、基板１内においてこの電極体２
は、導線３に接続されている。
【００２１】図７に示すように、この電極体２の装着面
に内接する最大の内接円Ｃ1 は、この電極体２の装着面
と同じ面積の１つの円形Ｃ2 よりも小さい。このため、
本生体用電極が患者に装着され、磁気刺激装置等が使用
され、この電極に磁束が通過しても、同じ装着面積を持
つ１つの円形の電極と比べ、渦電流の発生はわずかであ
り、その熱エネルギーも極めて少ない。
に内接する最大の内接円Ｃ1 は、この電極体２の装着面
と同じ面積の１つの円形Ｃ2 よりも小さい。このため、
本生体用電極が患者に装着され、磁気刺激装置等が使用
され、この電極に磁束が通過しても、同じ装着面積を持
つ１つの円形の電極と比べ、渦電流の発生はわずかであ
り、その熱エネルギーも極めて少ない。
【００２２】第２の実施の形態を説明する。図８に示す
ように、この生体用電極における電極体２Ａは、短冊形
の４枚の導電性部材２ａが、それらの先端部を均等に配
置された状態で、それらの中央部を重ねられ固着されて
成るものである。他の構成は第１の実施の形態と同じで
ある。図に示すように、この電極体２Ａにおいても、装
着面に内接する最大の内接円Ｃ1 は、この電極体２Ａの
装着面と同じ面積の１つの円形Ｃ2 よりも小さい。この
ため、本生体用電極によっても第１の実施の形態と同じ
作用および効果を有する。
ように、この生体用電極における電極体２Ａは、短冊形
の４枚の導電性部材２ａが、それらの先端部を均等に配
置された状態で、それらの中央部を重ねられ固着されて
成るものである。他の構成は第１の実施の形態と同じで
ある。図に示すように、この電極体２Ａにおいても、装
着面に内接する最大の内接円Ｃ1 は、この電極体２Ａの
装着面と同じ面積の１つの円形Ｃ2 よりも小さい。この
ため、本生体用電極によっても第１の実施の形態と同じ
作用および効果を有する。
【００２３】第３の実施の形態を説明する。図９に示す
ように、この生体用電極における電極体２Ｂは、渦巻形
である。他の構成は第１の実施の形態と同じである。図
９に示すように、この電極体２Ｂにおいても、装着面に
内接する最大の内接円Ｃ1 は、この電極体２Ｂの装着面
と同じ面積の１つの円形Ｃ2 よりも小さい。このため、
本生体用電極によっても第１の実施の形態と同じ作用お
よび効果を有する。
ように、この生体用電極における電極体２Ｂは、渦巻形
である。他の構成は第１の実施の形態と同じである。図
９に示すように、この電極体２Ｂにおいても、装着面に
内接する最大の内接円Ｃ1 は、この電極体２Ｂの装着面
と同じ面積の１つの円形Ｃ2 よりも小さい。このため、
本生体用電極によっても第１の実施の形態と同じ作用お
よび効果を有する。
【００２４】その他の実施の形態として、その電極体が
図１０に示すように複数の長穴を有する板材から製造さ
れたもの、図１１に示すように複数の切込を有するも
の、図１２に示すように正方形のものがある。いずれも
電極体以外の構成は第１の実施の形態と同じである。そ
して、いずれの電極体も装着面に内接する最大の内接円
Ｃ1 は、この電極体の装着面と同じ面積の１つの円形Ｃ
2 よりも小さい。このため、これらの生体用電極によっ
ても第１の実施の形態と同じ作用および効果を有する。
図１０に示すように複数の長穴を有する板材から製造さ
れたもの、図１１に示すように複数の切込を有するも
の、図１２に示すように正方形のものがある。いずれも
電極体以外の構成は第１の実施の形態と同じである。そ
して、いずれの電極体も装着面に内接する最大の内接円
Ｃ1 は、この電極体の装着面と同じ面積の１つの円形Ｃ
2 よりも小さい。このため、これらの生体用電極によっ
ても第１の実施の形態と同じ作用および効果を有する。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、変動する磁場の中にあ
ってもその電極体に発生する渦電流はわずかであり、発
生する熱エネルギーもきわめて少ない。このため、患者
に本発明の生体用電極を装着し、ＭＲＩや磁気刺激を行
っても、その電極体に発生する熱はわずかであり、それ
により患者に火傷を起こさせることは無い。
ってもその電極体に発生する渦電流はわずかであり、発
生する熱エネルギーもきわめて少ない。このため、患者
に本発明の生体用電極を装着し、ＭＲＩや磁気刺激を行
っても、その電極体に発生する熱はわずかであり、それ
により患者に火傷を起こさせることは無い。
【図１】本発明の原理を説明するための図。
【図２】本発明の原理を説明するための図。
【図３】本発明の原理を説明するための図。
【図４】本発明の原理を説明するための図。
【図５】本発明の第１の実施の形態の平面図。
【図６】図５に示した第１の実施の形態のＸ−Ｘ線の断
面図。
面図。
【図７】図５および図６に示した第１の実施の形態の作
用を説明するための図
用を説明するための図
【図８】本発明の第２の実施の形態の電極体を示す図。
【図９】本発明の第３の実施の形態の電極体を示す図。
【図１０】本発明のその他の実施の形態の電極体を示す
図。
図。
【図１１】本発明のその他の実施の形態の電極体を示す
図。
図。
【図１２】本発明のその他の実施の形態の電極体を示す
図。
図。
１ 基板 ２、２Ａ、２Ｂ 電極体
Claims (1)
- 【請求項１】 生体に装着される電極体の装着面が１つ
の円形である生体用電極と比べ、電極体の装着面の総面
積は同じであるが、その装着面は、最大の内接円が前記
生体用電極の装着面よりも小さく描かれる形状の生体用
電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9011196A JPH10201725A (ja) | 1997-01-24 | 1997-01-24 | 生体用電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9011196A JPH10201725A (ja) | 1997-01-24 | 1997-01-24 | 生体用電極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10201725A true JPH10201725A (ja) | 1998-08-04 |
Family
ID=11771304
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9011196A Pending JPH10201725A (ja) | 1997-01-24 | 1997-01-24 | 生体用電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10201725A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2601887A1 (en) * | 2011-12-06 | 2013-06-12 | Imris Inc. | A surface electrode design that can be left in place during MR imaging |
| JP2016501049A (ja) * | 2012-11-12 | 2016-01-18 | メガ エレクトロニクス リミテッド | 電極測定法を実施するための装置および方法 |
-
1997
- 1997-01-24 JP JP9011196A patent/JPH10201725A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2601887A1 (en) * | 2011-12-06 | 2013-06-12 | Imris Inc. | A surface electrode design that can be left in place during MR imaging |
| JP2013119034A (ja) * | 2011-12-06 | 2013-06-17 | Imris Inc | Ｍｒ撮像の間に適所に残すことができる表面電極設計物 |
| JP2016501049A (ja) * | 2012-11-12 | 2016-01-18 | メガ エレクトロニクス リミテッド | 電極測定法を実施するための装置および方法 |
| EP2916730B1 (en) * | 2012-11-12 | 2023-10-18 | Bittium Biosignals Oy | Arrangement for carrying out electrode measurements |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040302 |