JPWO2017043597A1 - 生体情報測定装置 - Google Patents

Abstract

本発明においては、センサーシート１００に取り付けられたときに内部が外部と遮蔽されるシールドフレーム３１５内に、センサーシート１００のセンサー（電極１３３）に接続される端子（スプリングプローブ３１２）に加えて、外部機器に接続するための外部端子（ＵＳＢ端子３１３）を設ける。

Description

本発明は、被検者の皮膚に貼着されるセンサーシートを用いて生体情報を測定する生体情報測定装置に関する。

従来、被検者の体表に、センサーが組み込まれたセンサーシートを貼着することにより、被検者の生体情報を測定する装置がある。例えば心電図測定装置では、センサーシートに組み込まれた電極を介して被検者の心電図を取得するようになっている（特許文献１、２参照）。

特許文献１で開示されたセンサーシート（生体電気信号記録具）は、生体の動きに追従可能な柔軟性を有するシート状の基材に電極を設けるとともに、このシート状の基材によって電極を水密的に包囲することにより、歩行中、食事中及び睡眠中に加えて、入浴中でも心電図を測定することができるようになっている。

特開平６−２４５９１５号公報 特開２００１−２６９３２２号公報

ところで、センサーシートには、センサーシートによってセンシングされた情報を記録あるいは送信するための端末が接続される。通常、この端末は、センサーシートと接続するための端子と、センサーシートから前記端子を介して入力された情報を記憶するメモリと、外部端子とが設けられる。この外部端子はメモリに記憶された生体情報を外部機器に出力したり、外部機器から端末の設定を行ったりするものである。なお、端末がテレメータ等の無線機能を有する端末の場合には、メモリに記憶された生体情報は外部端子を介さずに無線により外部に出力されるが、外部機器から端末の設定は外部端子を用いて行われる場合もある。よって、端末が、無線機能を有するテレメータ等の端末であっても、外部端子を有する場合もある。

ここで、生体情報の測定は、センサーシートに端末が接続された状態で行われる。この生体情報の測定中に、外部端子に外部機器が接続され、この外部機器からの電流が端末及びセンサーシートを介して被検者に流れると、非常に危険であるため、このような危険な電流が流れないようにする対策が要求される。

この対策の一つとして、フローティング構成が挙げられるが、フローティング構成は構成が複雑であり、その結果、機器の大型化を招く欠点がある。

本発明は、生体情報の測定時に外部機器からの電流が端末及びセンサーシートを介して被検者に流れることを、簡易な構成により確実に防止できる生体情報測定装置を提供する。

本発明の生体情報測定装置の一つの態様は、
被検者の皮膚に貼着されるセンサーシートと、
前記センサーシートに取り付けられる端末と、
を有する生体情報測定装置であって、
前記端末は、
前記センサーシートに取り付けられたときに内部が外部と遮蔽されるシールドフレームを有し、
前記シールドフレーム内には、前記センサーシートのセンサーに接続されるセンサー接続端子に加えて、外部機器に接続される外部端子が設けられている。

本発明によれば、センサーシートに端末が取り付けられると、シールドフレーム内でセンサーシートのセンサーとセンサー接続端末とが電気的に接続される。また、この状態においてシールドフレーム内は内部が外部と遮蔽されるので、シールドフレーム内の外部端子は外部機器に接続することが不可能となる。よって、生体情報の測定時に外部機器からの電流が端末及びセンサーシートを介して被検者に流れることを、簡易な構成により確実に防止できるようになる。

センサーシートの全体構成を示す分解斜視図 センサーシートに端末を取り付けた状態を示す上面図 端末の構成を示す図であり、図３Ａは斜視図、図３Ｂは側面図、図３Ｃは下面図 センサーシートへ取り付けるための端末の取付構造の説明に供する断面図であり、図４Ａは取付前の断面図、図４Ｂは取付後の断面図 センサーシートへ取り付けるための端末の取付構造の説明に供する斜視図であり、図５Ａは取付前の斜視図、図５Ｂは取付後の斜視図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

＜全体構成＞
図１は、本発明の実施の形態に係るセンサーシートの全体構成を示す分解斜視図である。図２は、センサーシートに端末を取り付けた状態を示す上面図である。センサーシートは、心電図を取得するために、被検者の胸部に貼着されて用いられる。

なお、本実施の形態では、センサーシートに取り付ける端末は、ケース内部にメモリ及びコイン電池が収容された記録端末である場合について述べるが、センサーシートに取り付けられる端末はこれに限らない。例えばケース内部に無線送信部を有し、センサーシートで測定された生体情報を無線送信する端末であってもよい。端末は、例えばテレメータであってもよい。

図１に示すように、センサーシート１００は、使用前はライナー２１０及びトップセパレーター２２０の間に収容されている。そして、使用時には、ライナー２１０及びトップセパレーター２２０が剥がされて胸部に貼着されるとともに、図２に示すように、表面側に端末３００が取り付けられる。

センサーシート１００は、下シート１１０と、上シート１２０とを有する。下シート１１０と上シート１２０の間には、測定要素としての電気回路部１３０が配置される。下シート１１０及び上シート１２０のそれぞれの皮膚側の面には、粘着層が設けられており、これにより、下シート１１０は被検者の皮膚に上シート１２０は下シート１１０の表面側に貼着するようになっている。電気回路部１３０は、下シート１１０の表面側に上シート１２０が貼着されることにより、下シート１１０と上シート１２０の間に保持される。

上シート１２０の面積は下シート１１０の面積よりも小さい。上シート１２０の面積は、電気回路部１３０を覆うことができる大きさとされている。具体的には、下シート１１０に上シート１２０を貼り付けた状態を示す図２から分かるように、センサーシート１００においては、電気回路部１３０が上シート１２０によって完全に覆われつつ、全周に亘って下シート１１０のみからなる周縁部１１０ａが形成される。

電気回路部１３０は、舌片１３１と、舌片１３１から延びる複数の配線１３２と、各配線１３２の末端に形成された複数の電極１３３と、を有する。

各電極１３３に対応する下シート１１０の位置には穴１１１が形成されており、さらに各穴１１１に対応する位置にはゲル１３４が配置される。これにより、電極１３３はゲル１３４を介して皮膚に電気的に接続されるようになり、皮膚と電極１３３との間の導電率がゲル１３４によって高められる。

舌片１３１の表面側には、端末３００に接続されるコネクタ１４０が設けられている。舌片１３１に対応する上シート１２０の位置には穴１２１が形成されている。これにより、下シート１１０に上シート１２０を貼り付けた状態において、舌片１３１は穴１２１を介して上シート１２０の表面側に露出するようになっている。

さらに、コネクタ１４０に対応するトップセパレーター２２０の位置には穴２２１が形成されている。これにより、コネクタ１４０は、穴２２１を通してトップセパレーター２２０の表面側に表出する。

ここで、下シート１１０は、ポリウレタンからなる基材と、この基材の皮膚側の面に形成された粘着層と、を有する。同様に、上シート１２０は、ポリウレタンからなる基材と、この基材の皮膚側の面に形成された粘着層と、を有する。このように、シート１１０、１２０を透湿性の高いポリウレタンによって構成したので、発汗による皮膚のかぶれを抑制して、かぶれに起因する痒みの発生を抑制できる。

因みに、ポリウレタンは、蒸気は透過するが、溜まり水は透過しない特性を有する（つまり蒸気のような小さな粒子は透過するが、溜まり水や水滴のような大きな固まりは透過しない）ので、例えば風呂に入ったときに、上シート１２０の表面側から皮膚側への水の浸透はほとんどない。よって、上シート１２０の表面側から配線１３２及び電極１３３への水の浸入を抑制できることにより、被検者がセンサーシート１００を付けたまま風呂に入っても電気回路がショートすることを防止できる。

なお、本実施の形態では、下シート１１０及び上シート１２０の両方をポリウレタンによって構成したが、痒みは特にシートの周縁部で発生し易いと考えられるので、周縁部１１０ａとなる下シート１１０のみをポリウレタンで構成し、上シート１２０はそれ以外の材料によって構成してもよい。さらに、下シート１１０及び上シート１２０の材料としては、発汗による湿度を透過しつつ、配線１３２及び電極１３３がショートするような水分の進入を防止できるようなものであれば、ポリウレタン以外の種々の材料を用いることも可能である。例えば発泡ポリエチレンや不織布の材料を用いてもよい。また、必ずしもポリウレタンのみで構成する必要はなく、ポリウレタンを主成分とする材料によって構成してもよい。

ただし、発明者は下シート１１０及び上シート１２０の材料としては、ポリウレタンが最も優れていることを見出した。ここで、下シート１１０及び上シート１２０に求められるのは、例えば風呂に入ったときに上シート１２０の表面側から皮膚側への水の浸透はほとんどないこと（つまり防水性）と、長時間破けずに使用できること（つまり耐久性）と、皮膚の動きに柔軟に追従すること（つまり伸縮性）と、薄くできることと、である。ポリウレタンは、防水性、耐久性、伸縮性、薄くできることの全てにおいて優れている。一方、発泡ポリエチレンは耐久性、薄くできることに難がある。不織布は防水性に難がある。

本実施の形態の下シート１１０の厚さは、１５［μｍ］である。この厚さは、従来のこの種のシートの厚さが５０［μｍ］程度だったのと比較すると、非常に薄い。一方、上シート１２０の厚さは、下シート１１０よりも厚くされている。本実施の形態の場合には、上シート１２０の厚さは、５０［μｍ］である。つまり、本実施の形態の場合には、下シート１１０だけからなる周縁部１１０ａの厚さは１５［μｍ］と非常に薄くされているのに対して、電気回路部１３０を保持する中央領域は下シート１１０と上シート１２０の厚さを合計すると６５［μｍ］となっている。これにより、周縁部１１０ａを非常に薄くしても、電気回路部１３０を保持する中央領域は厚くなっているので、電気回路部１３０の信頼性を低下させずに測定精度の低下を防止できる。

特に、上シート１２０を下シート１１０よりも厚くするとよい。要は、上シート１２０を、下シート１１０よりも強度が高い構成とすればよい。例えば上シート１２０を下シート１１０よりも強度の高い材料で構成してもよい。

ところで、従来のシート厚が周縁部まで含めて厚かったのは、シートの損傷を抑制することや、測定要素としての電気回路部１３０を高い信頼性をもって保持することが優先され、長時間連続して貼着したときの痒みの発生には十分な配慮がなされていなかったためである。

本実施の形態では、周縁部１１０ａが皮膚に追従すれば大幅に痒みを低減することができるといった着目点の下に、下シート１１０の材料及び厚さについて検討した。その結果、下シート１１０を透湿性のことを考慮してポリウレタンで構成した場合に、下シート１１０の厚さが２０［μｍ］以下であれば、２週間程度連続して貼り続けても痒みが生じにくいことが分かった。つまり、本実施の形態では、下シート１１０をポリウレタンで構成し、その厚さを２０［μｍ］以下とすることを提案する。

また、このように下シート１１０を２０［μｍ］以下と非常に薄くしたことにより、痒みを抑制できることに加えて、皮膚への追従性が良いので剥がれにくいシートを実現できるといったメリットもある。つまり、シートの剥がれはほとんどの場合周縁部から起こるので、本実施の形態の構成によってこれを抑制できる。

配線１３２及び電極１３３は、それぞれＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）又はＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）などからなる基材上に金属層が形成されて構成されている。基材の厚さは、例えば５０〜１００［μｍ］程度である。なお、配線１３２及び電極１３３は、上シート１２０又は下シート１１０に直接形成することも考えられるが、本実施の形態の場合には、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）又はＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）などからなる基材上に形成することで断線などの発生を防止できる構成となっている。

ここで、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）又はＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）などからなる基材は、下シート１１０及び上シート１２０の材料であるポリウレタンと比較すると可撓性が小さい。そこで、本実施の形態の場合には、配線１３２が蛇行パターンを含むパターンを有する。これにより、体表（皮膚）の動きに対する配線１３２の追従性が良くなる。この結果、周縁部１１０ａに加えて、電気回路部１３０の領域においても皮膚への追従性を良くすることができるので、痒みの発生をより抑制できるようになる。

舌片１３１は、配線１３２及び電極１３３の基材よりも厚い。舌片１３１上に設けられたコネクタ１４０には、端末３００が装脱自在に取り付けられる。このコネクタ１４０への端末３００の取付構造については、後述する。

次に、被検者の胸部へのセンサーシート１００の貼り付け手順について説明する。

センサーシート１００を胸部の所定位置に貼着する際には、先ず、ライナー２１０を剥がし、センサーシート１００をトップセパレーター２２０と共に胸部の所定位置に押し当てることで、下シート１１０を胸部の所定位置に貼着させる。

この状態でトップセパレーター２２０を上からこすることで、下シート１１０を被検者の皮膚にしっかりと貼着させることができる。因みに、トップセパレーター２２０の下面には、センサーシート１００を保持できる程度の弱い粘着力の粘着層が形成されている。

トップセパレーター２２０を設けたことにより、非常に薄い下シート１１０の周縁部１１０ａの縒れを防止できる。トップセパレーター２２０の中央には、コネクタ１４０を避けるための穴２２１が形成されている。ユーザーは、穴２２１の近傍を指でつまんで、トップセパレーター２２０を観音開きのように両側に開くことで、トップセパレーター２２０をセンサーシート１００から剥がす。このようにトップセパレーター２２０をセンサーシート１００のエッジ側からではなく、中央側からエッジ側への剥がすようにしたことにより、下シート１１０がトップセパレーター２２０に引っ張られてエッジが捲れて皺がよる可能性を低減できる。

このように被検者の胸部にセンサーシート１００を貼着した後に、ユーザーはセンサーシート１００のコネクタ１４０に端末３００を取り付ける。

＜センサーシート１００への端末３００の取付構造＞
図３は端末３００の構成を示す図であり、図３Ａは斜視図、図３Ｂは側面図、図３Ｃは下面図である。

端末３００は、コイン電池及びメモリなどが内蔵されている。端末３００は、電源ボタン３０１が押圧操作されると、心電図の測定・記録動作を開始し、センサーシート１００からの心電信号に基づく心電図を記録する。この測定・記録動作については既知の技術なのでここでの説明は省略する。

図３Ｃに示すように、端末３００の裏面には、センサーシート１００に設けられたコネクタ１４０に装脱可能に取り付けられる取付部３１０が設けられている。

図４はセンサーシート１００へ取り付けるための端末３００の取付構造の説明に供する断面図である。図４Ａは取付前の断面図であり、図４Ｂは取付後の断面図である。

図５はセンサーシート１００へ取り付けるための端末３００の取付構造の説明に供する斜視図であり、図５Ａは取付前の斜視図であり、図５Ｂは取付後の斜視図である。

ここで、センサーシート１００側に設けられたコネクタ１４０は、平面視で長円形状のパッキン１４１を有する。パッキン１４１に囲まれた舌片１３１上には、他端が電極１３３へと繋がる配線１３２の終端が配置されている。

また、端末３００の裏面には、パッキン１４１がちょうど入り込む大きさの挿入口３１１が形成されている。挿入口３１１内には、スプリングプローブ３１２及びＵＳＢ端子３１３が配設されている。具体的には、端末３００の裏面には、図４に示すように、シールドフレーム３１５が形成されており、このシールドフレーム３１５によって挿入口３１１が形成されている。そして、シールドフレーム３１５内には、センサーシート１００のセンサー（電極１３３）に接続される端子（スプリングプローブ３１２）に加えて、外部機器に接続するための外部端子（ＵＳＢ端子３１３）が設けられている。この外部端子はメモリに記憶された生体情報を外部機器に出力したり、外部機器から端末の設定を行ったりするものである。そして、シールドフレーム３１５は、パッキン１４１が取り付けられると、端子がある内部が外部と遮蔽される。

これにより、図４Ｂに示すように、端末３００の裏面の挿入口３１１にパッキン１４１を挿入すると、スプリングプローブ３１２が舌片１３１上に表出している配線１３２の終端に所定の圧力で当接することにより、各スプリングプローブ３１２と各配線１３２が電気的に接続される。また、この状態において、パッキン１４１に囲まれた内側は外側からの水の浸入が防止される。つまり、複数のスプリングプローブ３１２と複数の配線１３２は水によってショートすることなく電気的に接続される。

また、挿入口３１１内には、スプリングプローブ３１２に加えて、ＵＳＢ端子３１３も配設されているので、端末３００がセンサーシート１００に取り付けられて心電図の計測が行われている際には、ＵＳＢ端子３１３が利用不可能となる。これにより、心電図の計測中にＵＳＢ端子３１３に外部の電子機器が接続されることに起因する感電の可能性を確実になくすことができる。つまり、本実施の形態では、心電図計測用の端子（スプリングプローブ３１２）とＵＳＢ端子３１３とが物理的に同時に接続されることがない構成とされ、安全性を確保している。さらに、パッキン１４１内に心電図計測用の端子（スプリングプローブ３１２）とＵＳＢ端子３１３が収容されるので、これらの端子の防水も同時に実現される。つまり、簡易な構成により、防水と安全性の両方が確保される。

さらに、図５に示すように、舌片１３１の先端には幅広部１５０が形成されている。また、端末３００の裏面には、係止用切欠３１４が形成されている。挿入口３１１にコネクタ１４０のパッキン１４１が挿入されると、係止用切欠３１４に舌片１３１の幅広部１５０が係合することにより、端末３００の矢印ｚ方向（端末３００を取り付けたときの地面方向）への動きが舌片１３１によって係止される。

さらに上シート１２０の表面側には、面ファスナー１６０が固着されている。この面ファスナー１６０は、端末３００の裏面側に設けられた面ファスナー３２０と貼着可能となっている。

これにより、端末３００は、挿入口３１１にパッキン１４１が挿入されると、舌片１３１と係止用切欠３１４との係合、及び、面ファスナー１６０、３２０同士の接合によってセンサーシート１００上に保持される。ここで面ファスナー１６０、３２０は、面の垂直方向の保持力は弱いが、面方向の保持力は強い。よって、舌片１３１及び面ファスナー１６０、３２０により端末３００の面方向への落下を確実に防止するようになる。

ここで、端末３００は、上部で舌片１３１に係合することにより、舌片１３１を軸としてぶら下がる状態となる。この状態で、端末３００を軽くセンサーシート１００側（つまり被検者側）に押し付けるだけで、面ファスナー１６０、３２０同士が接合してぶらつきが押さえられる。実際上、端末３００は、舌片１３１によって少なくとも一部がセンサーシート１００から浮いた状態で保持される。

被検者が端末３００を肌で感じるのは、舌片１３１とパッキン１４１との接合部分と、面ファスナー１６０、３２０同士の接合部分であり、この結果、例えば端末３００の裏面全体をセンサーシート１００に固着させるような場合と比較して、端末３００の存在による被検者の違和感を小さくできる。面ファスナー１６０、３２０の面積を小さくすれば、被検者の違和感をより小さくできるようになる。

さらに、面ファスナー１６０は、ゲル１３４に対応する位置に配置されている。これにより、ゲルが緩衝材となるので、被検者がより端末３００の存在を感じにくくなる。

なお、面ファスナー１６０、３２０に代えて、例えばスナップボタンや磁石などを用いてもよい。要は、再接合可能な種々の接合具を用いることができる。

＜実施の形態の効果＞
以上説明したように、本実施の形態によれば、センサーシート１００に取り付けられたときに内部が外部と遮蔽されるシールドフレーム３１５内に、センサーシート１００のセンサー（電極１３３）に接続される端子（スプリングプローブ３１２）に加えて、外部機器に接続するための外部端子（ＵＳＢ端子３１３）を設けたことにより、生体情報の測定時に外部機器からの電流が端末３００及びセンサーシート１００を介して被検者に流れることを、簡易な構成により確実に防止できるようになる。

ここで、外部端子がＵＳＢ端子のように汎用の場合には、外部機器として医療機器以外の電子機器が接続可能である。このような医療機器以外の電子機器は、医療上の安全基準が考慮されていないので、外部端子を介してセンサーシートに接続された場合、被検者に危険な電流が流れるおそれがある。しかし、本実施の形態の構成によれば、医療機器以外の電子機器が接続可能な汎用の外部端子を備える場合であっても、測定中にはこの外部端子に電子機器が接続不可能とされているので、被検者の安全性を確保できる。

また、シールドフレーム３１５にパッキン１４１を挿入することにより、端子の防水と、測定中における外部端子への電流供給の防止と、を一気に行うことができるようになる。

なお、上述の実施の形態では、本発明のセンサーシートを、全ての電極１３３が１つのシート１１０、１２０内に収まる形態について述べたが、各電極１３３が独立したシートに配置され、被検者に貼り付けられないリード線によって各電極１３３が接続されるような形態のシートに適用してもよい。ただし、上述の実施の形態では、電極１３３、配線１３２及び舌片１３１が一体化して構成されているので、これらを別体で構成し、ケーブルやコネクト部を介して接続する構成と比較して、ノイズの少ない信号を取得できる。

また、上述の実施の形態では、センサーシート１００に配線１３２及び電極１３３等からなる電気回路部１３０を搭載した場合について述べたが、本発明のセンサーシートに搭載するセンサーは電気回路部１３０に限らない。例えばＳｐＯ_２を測定するための光学部品をセンサーとして搭載してもよい。センサーシートに搭載するセンサーは、測定する対象に合わせて選択し得る。

また、上述の実施の形態では、センサーとしての電気回路部１３０を下シート１１０と上シート１２０の間に配置した場合について述べたが、センサーは上シート１２０の上に配置してもよい。

また、上述の実施の形態では、センサーシート１００の中央領域は、下シート１１０と上シート１２０との多層構造である場合について述べたが、中央領域に下シート１１０を存在させずに上シート１２０のみの単層構造としてもよい。このようにした場合でも、上シート１２０の強度を下シート１１０よりも高くすれば、中央領域でのセンサーの保持力と周縁部１１０ａの皮膚への追従性を両立できる。

また、上述の実施の形態では、舌片１３１を上シート１２０と別体に形成した場合について述べたが、舌片１３１を上シート１２０と一体に形成してもよい。つまり、舌片１３１は上シート１２０から延長するように延びていればよい。

上述の実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することの無い範囲で、様々な形で実施することができる。

本出願は、２０１５年９月１１日出願の特願２０１５−１７９５９７に基づく優先権を主張する。当該出願明細書及び図面に記載された内容は、すべて本願明細書に援用される。

本発明は、被検者の皮膚に貼着されるセンサーシートと、このセンサーシートに取り付けられる端末とを用いて生体情報を測定する生体情報測定装置に適用し得る。

１００ センサーシート
１１０ 下シート
１１０ａ 周縁部
１２０ 上シート
１３０ 電気回路部
１３１ 舌片
１３２ 配線
１３３ 電極
１３４ ゲル
１４０ コネクタ
１４１ パッキン
１５０ 幅広部
１６０、３２０ 面ファスナー
２１０ ライナー
２２０ トップセパレーター
３００ 端末
３１０ 取付部
３１１ 挿入口
３１２ スプリングプローブ
３１３ ＵＳＢ端子
３１４ 係止用切欠
３１５ シールドフレーム

Claims (4)

1. 被検者の皮膚に貼着されるセンサーシートと、
   前記センサーシートに取り付けられる端末と、
   を有する生体情報測定装置であって、
   前記端末は、
   前記センサーシートに取り付けられたときに内部が外部と遮蔽されるシールドフレームを有し、
   前記シールドフレーム内には、前記センサーシートのセンサーに接続されるセンサー接続端子に加えて、外部機器に接続される外部端子が設けられている、
   生体情報測定装置。
2. 前記センサーシートに前記端末が取り付けられた状態において、
   前記センサー接続端子は、前記センサーに接続され、
   前記外部端子は、前記外部機器と接続できない状態とされる、
   請求項１に記載の生体情報測定装置。
3. 前記センサーシートは、前記端末の前記シールドフレームに挿入されるパッキンを有し、
   前記センサーシートに前記端末が取り付けられた状態において、前記シールドフレームに前記パッキンが挿入された状態となる、
   請求項１又は請求項２に記載の生体情報測定装置。
4. 前記パッキン内には、前記センサーシートの端子が配設されている、
   請求項３に記載の生体情報測定装置。

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