JPS6031732A

JPS6031732A - 生体用電極

Info

Publication number: JPS6031732A
Application number: JP58140059A
Authority: JP
Inventors: 須田　真; 勲鈴木; 原田　元
Original assignee: Nippon Koden Corp
Current assignee: Nippon Koden Corp
Priority date: 1983-07-31
Filing date: 1983-07-31
Publication date: 1985-02-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、心電計や脳波計等の所ｉ１１ＭＥ（Ｍｅｄ
ｉｃａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　）機器において用
いられる生体用電極の改良に関オるも°のである。

一般的に、生体から微弱な各種信号を採９出すためには
、生゛体と生体用電極との夫々の抵抗及びこれらの接触
イン１ピーダンスが数１０にΩ〜数ＭΩであるから、こ
の抵抗値に比して十分大きい入力インピーダンスを有す
る増幅器が必要である。

このように高入力インピーダンスを有する電極としては
、電極内にＦＥＴ　（電界効果トランジスタ）などによ
るノｑツファ増幅器を組み込んだものが考案されている
。この電極は、前記接触インピーダンスの影響が少ない
点で侵れている。又、ペーストなどの電解質を使用せず
に利用できるため塗布作業が不要であり、更には、ペー
ストによる皮膚のかぶれを防げる点で有利である。

；、シかし、緊急時あるいは集団検診などの場合に衣服
を脱がせるという作業は依然として残シ、すみやかに生
体信号を取シ出すために衣服の上から直接電極を当て計
測できることが望まれていた。

それを実現するためには入力インピーダンスが極めて高
く安定していなければならないが、上記電極では、入力
バイアス電流を流すために必要な入力抵抗や電極素子（
生体と接して生体の信号を採り出す電極のこと）と他の
電極構成部品との間の浮遊容量によって、入力インピー
ダンスヲ高くスることができなかった。

また、入力抵抗をなくして、上記のノ々ツファ増幅器へ
生体側からバイアス電流を流すようにすることも考えら
れる。しかし、これによると入力インピーダンスはより
高くなるが、前記計測方法では衣服などの介在により入
力バイアス電流を安定に供給できない。

本発明は、上記のような従来の生体用電極の欠点に鑑み
なされたもので、その目的は、容量結合方式でありなが
ら、極めて高い入力インピーダンスを有する生体用電極
を喫供することである。

本発明では、生体用電極内にバッファ増幅器としてプー
トストラップ回路を用い、かつ、ガード電極をプートス
トラップ回路と電極素子の間に設けるとともに、ガード
電極で電極素子を生体方向に覆い、プートストラップ回
路の帰還電圧をガード電極に与えるように構成し、目的
を達成したものである。

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。第１図
は本発明の一実施例の斜視図であり、第２図はその断面
及び回路構成を示す図である。

生体用電極１は、円盤状であり、その正面中央からリー
ド線２が延びている。生体用電極１０表面３側には、電
極素子４がその表面４Ａを露出させて絶縁部材５内に埋
設されている。この電極素子４は、微弱な生体の信号を
採り出すためのものであり、導電性、耐久性に優れてい
ることが望まれ、一般的に使用されている電極材料によ
り作られる。

また、絶縁部材５は、たとえば、ＡＢＳ樹脂、テフロン
樹脂などにより作られる。電極素子４から掠り込まれた
生体の信号はプートストラップ回路６へ入力され、出力
信号線７を介して図示せぬＭＥ機器へ出力される。シー
トストラップ回路６の帰還電圧はガード電極８に与えら
れる。この帰還電圧は増幅度がほぼ１であるときの帰還
電圧であり、もし増幅度がほぼ１でないときには、分圧
等によυはぼ１とする。プートストラップ回路６のコン
デンサＣ及び抵抗也を介−して、電極素子４と増幅器９
とが接続される。更に、１ブ一トストラツプ回路６の増
幅器９の出力は、コンデンサＣと抵抗Ｒ２を介してアー
ス線１２に接続される。ガード電極８は、・々レット状
であり、電極素子４を、この生体用電極１が装着される
生体の方向に覆うように形成されている。ガード電極８
のプートストラップ回路６側は露出していて、生体用電
極１の内壁の一部を形成している。また、抵抗Ｒ，はガ
ード電極８と電極素子４との間に配されている。シール
ｒ電極１０は、シートストラップ回路６をシールＰし、
静電誘導などのアーチファクトの影響をなくするもので
あり、アース線１２に接続される。シールｒ電極１０は
、生体用電極１の内壁をガード電極８−とともに覆うよ
うに設けられる。これらガード電極８、シールＰ電極１
０は、電極素子４０拐料と同じまたは、他の導電性ある
金属により形成される。更に、絶縁部材５は、生体用電
極１のケーシングとなるとともに、電極素子４とガード
電極８との間を絶縁するように充填される。生体用電極
１の正面中央のリード線２と瞬接する位置には、プート
ストラップ回路６の出力信号線７と電源供給線１１．１
１’とアース線１２とが通るだけの穴１３が形成されて
いる。

プートストラップ回路６の増幅器９は、第３図のように
、構成され、その入力容量は極めて小さい。第３図にお
いて３１〜３５はＦＥＴを示し、＋ｖヂルトを供給する
電源供給線１１と−Ｖｙｔｒルトを供給する電源供給線
１１′との間の左枝路にはＦＥＴ３１〜３３が縦続され
、ＦＥＴ３２のゲートから入力信号（生体の信号）が与
えられる。また、電源供給線１１と電源供給線１１′と
の間の右枝路には、Ｆ　Ｅ　Ｔ　３４゜抵抗Ｒａｔ　ツ
ェナーダイオード］）、ＦＥＴ３５が縦続される。信号
出力はＦＥＴ３５のソースからなされる。また、ＦＥＴ
３１のゲートは抵抗＆とツェナーダイオ−ｒＤとの接続
点に接続され、ＦＥＴ３５のゲートはＦ　Ｅ　Ｔ　３２
とＦ　Ｅ　Ｔ　３３との接続点に接続されている。また
、ＦＥＴ３３のソースとゲートとが接続され、ＦＥＴ３
４のゲートは抵抗Ｒ３とツェナーダイオードＤとの接続
点に接続されている。

このように構成された、増幅器９の出力は、コンデンサ
Ｃと抵抗Ｒ，を介して入力側へ帰還される。

増幅器９の利得は約１倍である。正帰還が用いられてい
る本実施例のような回路においては、増幅器９の利得が
１以上のときには、出力を分圧して利得が約１であるよ
うにして帰還する。

このような生体用電極１は、電源供給線１１．１１’か
ら夫々＋Ｖｙｆルト、−Ｖｙｆルトの電圧が供給される
と動作可状態となる。そこで生体用電極１０表面３が生
体の所定部位に接するように、生体用電極１を生体に装
着すると、生体の信号は電極素子４から採り込まれる。

生体の信号は増幅器９により約１倍の増幅を受けて出力
され、出力信号線７を介して図示せぬＭＥ機器に至る。

ここでガード電極８には増幅器９の出力信号が与えられ
るから、増幅器９の出力電圧とガード電極８の電位とは
等しくなる。更に、増幅器９の入力輩圧は約１倍の増幅
度で増幅されてガード電極８へ与えられているため、電
極素子４の電位とガーｙ電極８の電位とが等しくなる。

このため、浮遊容量による電極素子４と電源供給線１１
．１１’との結合や電極素子４と増幅器９との結合がな
くなる。すなわち、浮遊容量の影響を断つことによって
入力漏洩電流の流入がなくなるから入力インピーダンス
の低下が生じない。更に、ブートストラップ回路６によ
って入力インピーダンスを高くシてあり、これによって
、従来数〜数１０．ｐＦ’であった入力容量を、０．０
１ｐＦ程度に低下できる。以上の作用により、生体用電
極１の入力インピーダンスＺ１は、で与えられる。ここで、Ｒ＋　＝′ｆＬ２＝　１００襖
ＩＣ＝１０μＦとすると、周波数ｆがｆ＝ＩＨ，のとき
、Ｚ１与６３×１０１Ωとなる。一方、電極素子４の表
面積が３　ｃ　ｍ　２であるとき、衣服を介して得られ
る接触容量は１０ｐＦ〜１００ｐＦ程度であり、たとえ
ば、電極素子４が衣服を介して生体に装着されていると
きの接触容量を２５ｐＦであるとすると、生体と電極シ
ゝ子４との接触インピーダンスＺｓは周波数ｆがｆ＝Ｉ
Ｈ２でＺ５弁６．３　Ｘ　１０９Ωｆ６る。シタカッチ
、Ｚｉ　／Ｚｓ　弁１００　ｆあり、生体の信号を安定
的に十分検出できる。

また、本実施例では、ガード電極８にコンデン？Ｃ抵抗
Ｒ１を介して電圧を与えている。このため、ガード電極
８により、シールド効果を得ることができるが、さらに
シールド電極１０を設は二重にシールドすることにより
前記のアーチファクトの影響を断つことが期待できる。

第４図は、本発明の他の実施例の断面と内部回路を示し
た図である。この生体用電極１′は、第２図に示した生
体用電極１とほぼ構成が等しいが、以下の点が異なる。

まず、電極素子４の表面４Ａをも薄い絶縁部材５で覆う
ようにした。また、ガード電極８′で生体用電極１′の
内壁を全面的に罹りようにし、第２図１０のシールド電
極をこれによって代替させたものである。また、抵抗ル
は回路のアースと接続されている。

この実施例では、ガ〒Ｐ電極８′とブートストラップ回
路６とにより、極めて高い入力インピーダンスを実現で
きる。また、電極素子４の表面４Ａを絶縁部材５により
覆っているので、耐久性に優れた生体用電極を提供でき
る。この電極素子４０表面４Ａを覆った絶縁部材５によ
って接触インピーダンスが増加するが、これによっても
生体の信号を採り入れることは十分可能なものである。

尚、実施例では、シールド電極を設けるか、シールド電
極に代替するガード電極を設けたが、第２図のガード電
極８にシールド効果があるから、生体用電極１の内壁に
全面的なシールド電極を設ける必要はない・また、シールド電極１０：にアース線に接続せずにシー
トストラップ回路６の出力に接続して、１用いても良い
。また、シートストラップ回路６はブートストラップ回
路の一例を示したものであり、本方式の回路であれば特
に限定されるものではない。

以上説明したように本発明によれば、極めて冒い安定し
た入力インピーダンスを有し、静電誘導のようなアーチ
ファクトに対しても安定な生体用電極を提供できる。こ
れによって、生体と「液接触させることなく容量結合に
よって安定な測定が可能となシ、ペーストの塗布の手数
は不要となり、皮膚のかぶれの心配もない。更に、衣服
をつけたままでの測定も可能となシ極めて便利である。

また、容量結合による測定が可能であるから外部からの
電流の流入が防げ安全であり、高入カイ／ビーダンスに
よって安定した測定が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の斜視図、第２図は第１図の
断面と内部回路を示す図、第３図は第２図の内部回路を
詳しく示した回路図、第４図１他の実施例の断面と内部
回路を示す図である。１．１′・・・生体用電極　２・・・リード線４・・・
電極素子　訃・・絶縁部材　６・・・ブートストラップ
回路　８，８′・・・ガード電極９・・・増幅器　１０
・・・シールド電極代理人　弁理士　本　１）　崇第１図第２図土第３図十ｖ −■ 第４図　１′

Claims

【特許請求の範囲】

生・木に装置される電極素子と、該５’ｆ；、４ｕ素子
から生体の信号を受け取り増幅するブートストラップ回
路と、該ブートストラップ回路と前記電極素子との間に
介在させられるとともに前記電極素子を前記生体方向に
覆うように形成され、且つ、前記ブートストラップ回路
の帰還電圧が与えられたガード−極と、少なくとも前記
電極素子と前記ガード電極との間を絶縁するように充填
されるとともに、前記ブートストラップ回路を封入して
所定形状に形成される絶縁部材の電極ケースとからなる
生体用電極。