TWI388309B - 三維立體可穿戴式電極組合 - Google Patents

Description

三維立體可穿戴式電極組合

本發明提供一種三維(Three-Dimensional；3D)立體可穿戴式電極組合；更詳細地說，本發明提供一種不需電性黏合貼片(adhesive patch)之三維立體可穿戴式電極組合。

追蹤患者之生理狀態，例如：肌電(myoelectricity)狀態或心臟反射(cardiac reflex)狀態，在醫療領域中是非常重要的。一般而言，根據肌電圖(electromyography；EMG)信號，可感測肌電狀態，而根據心電圖(electrocardiography；ECG)信號，則可感測心臟反射狀態。

一般來說，EMG信號或ECG信號可透過粘附至一人體之複數個電性黏合貼片量測。更具體而言，該等電性黏合貼片係粘附至人體之不同部位以感測EMG信號或ECG信號，該等電性黏合貼片更電性連接至一監測器，俾分析並顯示該等信號。

除此之外，為方便起見，業界將該等電性黏合貼片與衣物(例如：T恤)結合。換言之，該等電性黏合貼片可粘附於衣物上並與人體皮膚緊密接觸。因此，對運動員而言，他們即可於運動的當下，藉由追蹤ECG信號的變化，進而判斷目前進行的運動是否達到所需的效果。

然而，由於電性黏合貼片的黏性將隨著時間及使用，逐漸降低而無法完全與人體皮膚服貼，導致生理信號無法被量測或其測得之生理信號不可靠。事實上，對於運動員而言，電性黏合貼片非常可能在運動過程中，自衣物上掉落。

有鑒於此，如何提供一種無需電性黏合貼片且方便使用的可穿戴式電極就甚為重要。

本發明之目的在於提供一種用於一人體之三維(Three-Dimensional；3D)立體可穿戴式電極組合。該三維立體可穿戴式電極組合包含一第一整合環狀電極及一第二整合環狀電極。該第一整合環狀電極具有一第一導電層及一第一環狀基底，該第一整合環狀電極適可覆蓋環繞於該人體之一第一部位。該第二整合環狀電極具有一第二導電層及一第二環狀基底，該第二整合環狀電極適可覆蓋環繞於該人體之一第二部位。該第一導電層及該第二導電層係由一導電材料構成，且該第一環狀基底及該第二環狀基底係由一絕緣布料構成。該第一導電層係依附於該第一環狀基底，且該第二導電層係依附於該第二環狀基底。該第一導電層係透過一第一導電線電性連接至一處理器之一第一端點，該第二導電層係透過一第二導電線電性連接至該處理器之一第二端點。

綜上所述，本發明所述之三維立體可穿戴式電極包含第一整合環狀電極及第二整合環狀電極，在無需使用電性黏合貼片的情況下便可感測人體之肌電狀態或心臟反射狀態，且能夠覆蓋環繞於人體之不同部位。據此，本發明之三維立體可穿戴式電極相較於先前技術之電性黏合貼片可得到較佳且較準確之效果。

在參閱圖式及隨後描述之實施方式後，該技術領域具有通常知識者便可瞭解本發明之其它目的，以及本發明之技術手段及實施態樣。

以下將透過實施方式來解釋本發明內容，然而，關於實施方式之說明僅為闡釋本發明之目的，而非用以直接限制本發明。須說明者，以下實施例以及圖式中，與本發明非直接相關之元件已省略而未繪示；且圖式中各元件間之尺寸關係僅為求容易瞭解，非用以限制實際比例。

第1圖係為本發明之一較佳實施例之一示意圖，其係為一三維立體可穿戴式電極組合與一衣物1結合在一起的示意圖。三維立體可穿戴式電極組合包含一第一整合環狀電極11及一第二整合環狀電極12。第一整合環狀電極11及第二整合環狀電極12可分別縫製於衣物1之二袖子上，換言之，第一整合環狀電極11及第二整合環狀電極12可視為衣物1之附屬物。於其它實施態樣中，第一整合環狀電極11及第二整合環狀電極12可與衣物1一體成形，意即，第一整合環狀電極11及第二整合環狀電極12為衣物1袖口之一部分而非附屬物。第一整合環狀電極11係透過一第一導電線13電性連接至一處理器15之一第一端點15a，且第二整合環狀電極12係透過一第二導電線14電性連接至處理器15之一第二端點15b。於此較佳實施例中，第一導電線13及第二導電線14分別係為由導電纖維以及絕緣纖維混紡而成之紗線。應注意的是，第一導電線13及第二導電線14可由純導電纖維、導電金屬線或導電墨水製成，只要其材料具有導電性即可，本發明並不限制第一導電線13及第二導電線14之材料。

第2A-2C圖係為較佳實施例之衣物1之第一整合環狀電極11或第二整合環狀電極12之示意圖。更具體而言，第2A圖係為第一整合環狀電極11或第二整合環狀電極12之一放大示意圖，第2B圖係為第一整合環狀電極11或第二整合環狀電極12之不同層之一分解圖，第2C圖係為第一整合環狀電極11或第二整合環狀電極12沿線X-X’截取之一剖面圖。

第一整合環狀電極11具有一第一導電層11a及一第一環狀基底11b，其中第一導電層11a係依附於第一環狀基底11b，且第一導電層11a係由導電纖維和絕緣纖維編織而成，而第一環狀基底11b係由一絕緣布料構成。

類似地，第二整合環狀電極12具有與第一整合環狀電極11相同之結構。換言之，第二整合環狀電極12具有一第二導電層12a及一第二環狀基底12b，其中第二導電層12a係依附於第二環狀基底12b，且第二導電層12a係由導電纖維和絕緣纖維編織而成，而第二環狀基底12b係由一絕緣布料構成。

於此較佳實施例中，第一導電層11a具有一環狀結構，且第一導電層11a之一表面積係等於第一環狀基底11b之一表面積。第二導電層12a亦具有該環狀結構，且第二導電層12a之一表面積係等於第二環狀基底12b之一表面積。

於第2C圖中，第2C圖右側之第一導電層11a及第一環狀基底11b係為第2A圖中第一整合環狀電極11之一右側部位。類似地，第2C圖右側之第二導電層12a及第二環狀基底12b係為第2A圖中第二整合環狀電極12之一右側部位。

另一方面，第2C圖左側之第一導電層11a及第一環狀基底11b係為第2A圖中第一整合環狀電極11之一左側部位，且第2C圖左側之第二導電層12a及第二環狀基底12b係為第2A圖中第二整合環狀電極12之一左側部位。

此外，第一導電層11a及第二導電層12a係以第3A圖所示之方式，由導電纖維31和絕緣纖維32編織而成。其中，導電纖維31之材料係為具有導電性之金屬纖維，例如：不銹鋼。於其他實施態樣，第一導電層11a及第二導電層12a可由塗覆導電墨水或導電塗料之布料構成。

另一方面，第一環狀基底11b及第二環狀基底12b係分別以第3B圖所示之方式，由複數個絕緣纖維32編織而成。其中，絕緣纖維32之材料係為無導電性之傳統纖維，例如：棉纖維。應注意的是，第一導電層11a及第二導電層12a可由導電墨水製成，本發明並不限制第一導電層11a及第二導電層12a之材料，只要其材料具有導電性即可。

請參閱第1-2C圖，三維立體可穿戴式電極組合可用於一人體。第一整合環狀電極11及第二整合環狀電極12係由彈性材料製成，使得第一整合環狀電極11及第二整合環狀電極12能夠分別微貼地覆蓋環繞於人體之一第一部位(例如：右肘部)及一第二部位(例如：左肘部)。

進一步而言，第一導電層11a及第二導電層12a分別接觸人體之第一部位及第二部位之皮膚，並分別透過第一導電線13及第二導電線14電性連接至處理器15之第一端點15a及第二端點15b。因此，人體可透過第一導電層11a及第二導電層12a自處理器15接收某種電性刺激。

舉例而言，三維立體可穿戴式電極組合可應用於電療(diathermy)中，例如：經皮神經電刺激(transcutaneous electrical nerve stimulation；TENS)。處理器15將產生一第一刺激電流16以及一第二刺激電流17。第一刺激電流16係透過第一導電線13被傳送至第一整合環狀電極11之第一導電層11a，第二刺激電流17係透過第二導電線14被傳送至第二整合環狀電極12之第二導電層12a。根據處理器15之第一刺激電流16以及第二刺激電流17，三維立體可穿戴式電極組合可藉由處理器15、第一整合環狀電極11及第二整合環狀電極12輕易達到電療的效果。

另一方面，若三維立體可穿戴式電極組合應用於監測人體之肌電狀態或心臟反射狀態，則第一導電層11a可接收人體之第一部位產生之一第一電脈衝18(例如：其中一個EMG信號或其中一個ECG信號)。接著，第一電脈衝18透過第一導電線13被傳送至處理器15之第一端點15a。類似地，第二導電層12a可接收人體之第二部位產生之一第二電脈衝19(例如：另一EMG信號或另一ECG信號)。接著，第二電脈衝19透過第二導電線14被傳送至處理器15之第二端點15b。

於接收到第一電脈衝18及第二電脈衝19後，處理器15分析第一電脈衝18以及第二電脈衝19以擷取人體之肌電圖或心電圖。根據第一整合環狀電極11及第二整合環狀電極12之第一電脈衝18及第二電脈衝19，人體之肌電狀態或心臟反射狀態可藉由處理器15、第一整合環狀電極11及第二整合環狀電極12被監測。於其它實施態樣，三維立體可穿戴式電極組合更可藉由第一整合環狀電極11及第二整合環狀電極12測量脈搏。

應注意的是，於第1圖所示之較佳實施例中，儘管三維立體可穿戴式電極組合係與衣物1結合在一起，於其他實施態樣，三維立體可穿戴式電極組合亦可與一長袖套衫或運動褲結合在一起，以便覆蓋環繞於人體之手臂、腳、大腿、腹部甚至頸部。此外，當三維立體可穿戴式電極組合包含至少二整合環狀電極，而覆蓋環繞於人體二個以上的不同部位，則可測得較佳且較準確之肌電狀態或心臟反射狀態。由於各整合環狀電極之基本結構係相同，所屬技術領域具有通常知識者可依上述說明增加更多之整合環狀電極。更者，若將整合環狀電極置放於心臟兩側(例如：將整合環狀電極置放於右肘部與左踝處)，則可測得較佳之心臟反射狀態。

第4A-4B圖係為本發明另一較佳實施例之一第一整合環狀電極41或一第二整合環狀電極42的示意圖。更具體而言，第4A圖係為第一整合環狀電極41或第二整合環狀電極42之一放大示意圖，第4B圖係為第一整合環狀電極41或第二整合環狀電極42之不同層之一分解圖。第一整合環狀電極41或第二整合環狀電極42可與前述之較佳實施例之衣物1結合，其細節如上文所述，故在此不再贅述。

第一整合環狀電極41具有一第一導電層41a及一第一環狀基底41b，其中第一導電層41a之一表面積係小於第一環狀基底41b之一表面積，且第一導電層41a係依附於第一環狀基底41b之一部分。較佳地，第一導電層41a之表面積占第一環狀基底41b之表面積之一比率係為20%至80%。第一導電層41a係由導電纖維和絕緣纖維編織而成，而第一環狀基底41b係由一絕緣布料構成。

類似地，第二整合環狀電極42具有與第一整合環狀電極41相同之結構。換言之，第二整合環狀電極42具有一第二導電層42a及一第二環狀基底42b。第二導電層42a之一表面積係小於第二環狀基底42b之一表面積，且第二導電層42a係依附於第二環狀基底42b之一部分。較佳地，第二導電層42a之表面積占第二環狀基底42b之表面積之一比率係為20%至80%。第二導電層42a係由導電纖維和絕緣纖維編織而成，而第二環狀基底42b係由一絕緣布料構成。

因第一導電層41a/第二導電層42a之表面積係小於第一環狀基底41b/第二環狀基底42b之表面積，故第一整合環狀電極41/第二整合環狀電極42之一導電區域係為不連續的，如第4A圖所示。第一整合環狀電極41及第二環狀電極42的不連續導電區域係不同於第2A圖所示之第一整合環狀電極11及第二整合環狀電極12的連續導電區域。

第一導電層41a及第二導電層42a可分別以第3A圖所示之方式，由導電纖維31和絕緣纖維32編織而成，其中導電纖維31之材料係為具有導電性之金屬纖維，例如：不銹鋼。第一環狀基底41b及第二環狀基底42b可分別以第3B圖所示之方式，由複數個絕緣纖維32編織而成，其中絕緣纖維32之材料係為無導電性之傳統纖維，例如：棉纖維。

類似地，第一導電層41a及第二導電層42a可分別接觸人體之第一部位及第二部位之皮膚，並分別透過第一導電線(圖未繪示)及第二導電線(圖未繪示)電性連接至處理器(圖未繪示)之第一端點(圖未繪示)及第二端點(圖未繪示)。因此，人體可透過第一導電層41a及第二導電層42a自處理器接收某種電性刺激。其中，三維立體可穿戴式電極組合應用於TENS及測量人體肌電狀態或心臟反射狀態監測之細節已於前一實施例中說明，故在此不再贅述。

綜上所述，包含第一整合環狀電極及第二整合環狀電極之三維立體可穿戴式電極組合無需使用電性黏合貼片，且能覆蓋環繞於人體之不同部位，因此相對於需要電性黏合貼片之習知可穿戴式電極而言，本發明可得到一較佳、較準確之測量結果，進而順利克服先前技術之障礙。

上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。

1．．．衣物

11．．．第一整合環狀電極

11a．．．第一導電層

11b．．．第一環狀基底

12．．．第二整合環狀電極

12a．．．第二導電層

12b．．．第二環狀基底

13．．．第一導電線

14．．．第二導電線

15．．．處理器

15a．．．第一端點

15b．．．第二端點

16．．．第一刺激電流

17．．．第二刺激電流

18．．．第一電脈衝

19．．．第二電脈衝

31．．．導電纖維

32．．．絕緣纖維

41．．．第一整合環狀電極

41a．．．第一導電層

41b．．．第一環狀基底

42．．．第二整合環狀電極

42a．．．第二導電層

42b．．．第二環狀基底

第1圖係為本發明之一較佳實施例之示意圖；

第2A-2C圖係為較佳實施例之第一及第二整合環狀電極之示意圖；

第3A圖係為較佳實施例之導電布料之示意圖；

第3B圖係為較佳實施例之絕緣布料之示意圖；以及

第4A-4B圖係為本發明之另一較佳實施例之第一及第二整合環狀電極之示意圖。

11．．．第一整合環狀電極

11a．．．第一導電層

11b．．．第一環狀基底

12．．．第二整合環狀電極

12a．．．第二導電層

12b．．．第二環狀基底

Claims (10)

1. 一種用於一人體之三維(Three-Dimensional；3D)立體可穿戴式電極組合，該三維立體可穿戴式電極組合與一衣物相結合，並包含：一第一整合環狀電極，具有一第一導電層及一第一環狀基底，該第一整合環狀電極適可覆蓋環繞於該人體之一右肘部，其中該第一導電層係由一導電材料構成，該第一環狀基底係由一絕緣布料構成，且該第一導電層係依附於該第一環狀基底；以及一第二整合環狀電極，具有一第二導電層及一第二環狀基底，該第二整合環狀電極適可覆蓋環繞於該人體之一左肘部，其中該第二導電層係由該導電材料構成，該第二環狀基底係由該絕緣布料構成，且該第二導電層係依附於該第二環狀基底；其中該第一整合環狀電極及該第二整合環狀電極可分別縫製於該衣物的二袖子上，該第一導電層及該第二導電層分別具有一環狀結構，該第一導電層係透過一第一導電線電性連接至一處理器之一第一端點，該第二導電層係透過一第二導電線電性連接至該處理器之一第二端點，該處理器產生一第一刺激電流以及一第二刺激電流，該第一刺激電流通過該第一導電線被傳送至該第一整合環狀電極的該第一導電層，該第二刺激電流通過該第二導電線被傳送至該第二整合環狀電極的該第二導電層，該第一導電層可接收該右肘部產生的 一第一電脈衝，該第二導電層可接收該左肘部產生的一第二電脈衝，該處理器分析該第一電脈衝以及該第二電脈衝以擷取人體的肌電圖信號或心電圖信號，藉此使該人體的肌電狀態或心臟反射狀態可通過該處理器、該第一整合環狀電極及該第二整合環狀電極被監測。
2. 如請求項1所述之三維立體可穿戴式電極組合，其中該第一導電線以及該第二導電線係分別為一紗線，該紗線由導電纖維以及絕緣纖維混紡而成。
3. 如請求項1所述之三維立體可穿戴式電極組合，其中該第一刺激電流係透過該第一導電線由該處理器之第一端點被傳送至該第一整合環狀電極，且該第二刺激電流係透過該第二導電線由該處理器之第二端點被傳送至該第二整合環狀電極。
4. 如請求項3所述之三維立體可穿戴式電極組合，其中該第一刺激電流以及該第二刺激電流係使用於經皮神經電刺激(transcutaneous electrical nerve stimulation；TENS)。
5. 如請求項1所述之三維立體可穿戴式電極組合，其中該第一導電層接收自該人體之該右肘部產生之該第一電脈衝，並透過該第一導電線傳送該第一電脈衝至該處理器之第一端點。
6. 如請求項5所述之三維立體可穿戴式電極組合，其中該第二導電層接收自該人體之該左肘部產生之該第二電脈衝，並透過該第二導電線傳送該第二電脈衝至該處理器之第二端點。
7. 如請求項1所述之三維立體可穿戴式電極組合，其中該導電材料係為一布料，該布料由導電纖維和絕緣纖維編織而成。
8. 如請求項1所述之三維立體可穿戴式電極組合，其中該第一整合環狀電極以及該第二整合環狀電極係以彈性材料製成。
9. 如請求項1所述之三維立體可穿戴式電極組合，其中該第一導電層之一表面積係小於該第一環狀基底之一表面積，且該第二導電層之一表面積係小於該第二環狀基底之一表面積。
10. 如請求項1所述之三維立體可穿戴式電極組合，其中該第一導電層實質上具有一環狀結構，該第一導電層之一表面積係與該第一環狀基底之一表面積相等，該第二導電層實質上具有該環狀結構，且該第二導電層之一表面積係與該第二環狀基底之一表面積相等。