(57)【要約】【課題】導電性の高さと、製造の容易さとを両立できる生体信号用電極、及びそれを用いた生体情報測定システムを提供すること。【解決手段】本発明の生体信号用電極３、５は、プラスチックと、金属片と、カーボン繊維とを含むことを特徴とする。金属片としては、ステンレスチップが好適である。カーボン繊維としては、石炭から製造した３次元カール形状繊維が好適である。本発明の生体情報測定システム１は、生体信号用電極３、５と、生体信号用電極３、５により取得した生体信号に基づき、生体情報を測定する測定手段９とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチックと、金属片と、カーボン繊維とを含むことを特徴とする生体信号用電極。
【請求項２】
前記プラスチックは、ポリウレタン、塩化ビニル、及びポリプロピレンから成る群から選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項１記載の生体信号用電極。
【請求項３】
前記金属片は、ステンレスチップであることを特徴とする請求項１又は２に記載の生体信号用電極。
【請求項４】
表面に、メッシュ加工、ブラスト加工、ローレット加工、又はディンプル加工が施されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の生体信号用電極。
【請求項５】
前記生体信号用電極１００重量部に対し、前記金属片の含有量が２５〜５０重量部であり、前記カーボン繊維の含有量が２〜１０重量部であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の生体信号用電極。
【請求項６】
表面上の１０ｍｍ離れた２点間の抵抗値が２００ｋΩ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の生体信号用電極。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の生体信号用電極と、
前記生体信号用電極により取得した生体信号に基づき、生体情報を測定する測定手段と、
を備えた生体情報測定システム。
【請求項８】
車両に搭載され、
前記生体信号用電極は、前記車両のステアリング、シート、シートベルト、ヘッドレスト、変速ノブ、取手、及び操作スイッチから成る群から選ばれる１種以上に設けられることを特徴とする請求項７記載の生体情報測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体信号用電極及び生体情報測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
年間１８１７５人の単独交通事故死亡者の１５％が運転中の心臓発作によるものとの報告がある（US2003、出典：Bureau of Transportation Statistics）。また、日本でも検視した交通事故死者の１２．３％（１６人／１３０人）が虚血性心疾患による「運転中の突然死」との報告がある  （出典：獨協大学医学部）。
【０００３】
日本では、運転免許保有者の平均年齢が６０歳を越えるといった高齢化社会において、上記のように、「運転中の突然死」が交通事故死のかなりの部分を占めるようになってきた現状、さらには今後益々高齢者の運転が増えてその比率が増すと予測されることを考えると、運転中における乗員（運転者を含む）の体調モニタリングは、乗員を助けるだけでなく、加害事故を防止する観点からも極めて重要となってきている。特に、突然死の７割程度を占めるといわれる心血管系の異常の検知は緊急の課題である。
【０００４】
そのためには、走行中における乗員の生体信号を計測し、体調（健康状態）をモニタリングすることが必要であるが、モニタリング用の一般的な医療機器は、基本的には病院あるいは家庭で、安静状態において測定することを前提に作られているため、車両で使用するには適さない。例えば、一般的な医療機器で使われている粘着電極やゲル電極を乗員へ装着することは、運転への影響、又は快適性の面で好ましくない。
【０００５】
そこで、乗員に意識させることなく、心電等の生体信号を計測する車載システムが種々提案されている（特許文献１参照）。この車載システムは、ステアリング等、乗員が接触する位置に電極を設ける。その電極としては、金属電極、金属メッキ電極、導電布電極がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２２９１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
金属電極や金属メッキ電極は、気温が低い時又は高い時に乗員が電極に触れた瞬間の温度に関する感覚（温熱感）の点で問題がある。さらに、金属アレルギーの問題から、乗員が常時接触する場所には使えない。また、導電性布電極は、耐久性の点で問題がある。
【０００８】
そこで、金属片等を混入することで導電性を付与したプラスチックを電極として用いることが考えられる。プラスチック自体には、温熱感、金属アレルギーの問題はないからである。
【０００９】
しかしながら、電極として使用するに足る導電性と、製造の容易さとを両立できる導電性プラスチック電極を得ることは困難であった。例えば、プラスチックへの金属片の混入率を上げることで、電極として使用するに足るレベルまで導電性を高めると、材料の流動性が極端に悪くなり、射出成型等の方法で電極を製造しにくくなってしまう。また、触感、温熱感が金属電極に近づき、悪化してしまう。逆に、金属片の混入率を、材料の流動性が悪くならない程度に抑えれば、電極として使用するには、導電性が不足してしまう。
【００１０】
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、導電性の高さと、製造の容易さとを両立できる生体信号用電極、及びそれを用いた生体情報測定システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の生体信号用電極は、プラスチックと、金属片と、カーボン繊維とを含む。本発明の生体信号用電極は、電極として使用するに足る導電性と、製造の容易さとを両立できる。また、本発明の生体信号用電極は、触れたときにべとつくようなことがなく触感において優れる。さらに、本発明の生体信号用電極は、温熱感に優れる。
【００１２】
前記プラスチックとしては、例えば、ポリウレタン、塩化ビニル、ポリプロピレン等が挙げられる。また、それらのうちの２種以上の混合物であってもよい。
前記金属片は特に限定されないが、例えば、ステンレスチップ等が挙げられる。ステンレスチップとしては、例えば、ＳＵＳＴＥＣ（製品名）が挙げられる。金属片の大きさは１０〜１００μｍの範囲が好ましい。金属片の形状としては、例えば、粒状、箔状等が挙げられるが、箔状が好ましい。特に、一方向に細長い箔状が好ましい。上記ＳＵＳＴＥＣ（製品名）は、一方向に細長い箔状である。
【００１３】
前記カーボン繊維としては、例えば、石炭から製造した３次元カール形状繊維が好ましい。この３次元カール形状繊維としては、ドナカーボン（製品名）が挙げられる。
生体信号用電極の表面には、メッシュ加工、ブラスト加工、ローレット加工、又はディンプル加工が施されていることが好ましい。こうすることにより、被験者の皮膚との接触抵抗が低下し、電気的な性能（導電性、Ｓ／Ｎ等）が一層向上する。
【００１４】
本発明の生体信号用電極の組成比としては、生体信号用電極１００重量部に対し、金属片の含有量が２５〜５０重量部であり、カーボン繊維の含有量が２〜１０重量部であることが好ましい。この範囲内であることにより、電極として使用するに足る導電性と、製造の容易さとを高いレベルで両立できる。
【００１５】
本発明の生体信号用電極における表面上の１０ｍｍ離れた２点間の抵抗値は、２００ｋΩ以下であることが好ましい。こうすることにより、電極としての性能が高くなる。
本発明の生体信号用電極は、プラスチック、金属片、及びカーボン繊維の他にも、各種添加剤を適宜含有することができる。
【００１６】
本発明の生体情報測定システムは、上述した生体信号用電極と、その生体信号用電極により取得した生体信号に基づき、生体情報を測定する測定手段とを備える。本発明における生体信号用電極は、十分に導電性が高く、また、製造が容易である。そのことにより、本発明の生体情報測定システムの性能は高く、且つ製造が容易である。
【００１７】
本発明の生体情報測定システムとしては、例えば、車両に搭載され、生体信号用電極は、車両のステアリング、シート、シートベルト、ヘッドレスト、変速ノブ、取手、及び操作スイッチから成る群から選ばれる１種以上に設けられているものが挙げられる。本発明の生体情報測定システムは、生体信号用電極により取得した生体信号に基づき、各種生体情報（例えば心電）を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】生体情報測定システム１の構成を表すブロック図である。
【図２】抵抗値の計測法を表す説明図である。
【図３】心電の計測法を表す説明図である。
【図４】実施例及び比較例における抵抗値及びＳ／Ｎの計測結果を表すグラフである。
【図５】実施例Ｗ３における心電の計測結果を表すグラフである。
【図６】実施例Ｗ４における心電の計測結果を表すグラフである。
【図７】比較例Ｒ３における心電の計測結果を表すグラフである。
【図８】生体信号用電極の配置場所を表す説明図である。
【図９】ステアリング１０１における生体信号用電極の配置を表す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施形態を説明する。
１．生体情報測定システム１の構成及び作用
生体情報測定システム１の構成を図１に基づいて説明する。図１は、生体情報測定システム１の構成を表すブロック図である。
【００２０】
生体情報測定システム１は、車両に搭載される車載システムであって、右側電極部（生体信号用電極）３、左側電極部（生体信号用電極）５、差動アンプ７、及び演算回路（測定手段）９から構成される。
【００２１】
上記右側電極部３は、車両のステアリング１０１のうち、右手で握る部分に取り付けられている。右側電極部３は、第１電極３Ａと第２電極３Ｂとから構成される。第１電極３Ａは、ステアリング１０１の正面側に位置し、第２電極３Ｂはステアリング１０１の外周側に位置する。
【００２２】
上記左側電極部５は、ステアリング１０１のうち、左手で握る部分に取り付けられている。左側電極部５は、第１電極５Ａと第２電極５Ｂとから構成される。第１電極５Ａは、ステアリング１０１の正面側に位置し、第２電極５Ｂはステアリング１０１の外周側に位置する。
【００２３】
上記差動アンプ７のマイナス側端子１１に、右側電極部３の第１電極３Ａが接続し、プラス側端子１３に、左側電極部５の第１電極５Ａが接続している。また、差動アンプ７のグランド電極（中間電極）Ｇに、右側電極部３の第２電極３Ｂと、左側電極部５の第２電極５Ｂとがそれぞれ接続している。
【００２４】
上記演算回路９は、差動アンプ７の出力端子１５と接続している。演算回路９は、差動アンプ７から出力された信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換機１７と、後述する計測処理を実行するためのＣＰＵ１９とを備えている。また、演算回路９は、表示、警報、車両制御の信号を出力することができる。
【００２５】
生体情報測定システム１による生体情報の測定は以下のように行う。右側電極部３、及び左側電極部５は、運転者の心電波形を取得する。取得された心電波形は、差動アンプ７で増幅され、演算回路９に送られる。演算回路９は、心電波形をＡ/Ｄ変換器１７によりＡ/Ｄ変換した後、ＣＰＵ１９にて演算処理して表示器（図示略）に送る。その表示機は心電波形を表示する。また、演算回路９は、心電波形から心電のピーク間隔を算出し、そのピーク間隔を基準値と対比して心電波形が異常であるか否かを判断する。ピーク間隔が異常であると判断した場合は、警告信号を出力する。車両のナビ画面、メータ、ＣＡＮ等（いずれも図示略）は、その警告信号に応じて警告表示（警報）を行い、運転者に注意を喚起する。また、車両の車両制御部（図示略）は、その警告信号に応じて、車両の制御（例えば速度を低下させる等）を行う。さらに、演算回路９は、心電波形が異常であると判断した場合は、通信手段（図示略）により、外部の機関（例えばヘルプネット）へ連絡する。
【００２６】
２．右側電極部３、左側電極部５の製造方法
右側電極部３、及び左側電極部５を、以下のようにして製造した。すなわち、プラスチック(ポリウレタン）、ステンレスチップ（微小片チップ）、及びカーボン繊維（微小断片繊維素材）をミキサーにて混ぜ合わせ、射出成型機の型に流し込み、射出成型の方法により製造した。
【００２７】
表１に、実施例Ｗ１〜Ｗ４におけるプラスチック、ステンレスチップ、及びカーボン繊維の配合比を示す。右側電極部３、及び左側電極部５は、この実施例Ｗ１〜Ｗ４のそれぞれの条件で製造した。表１におけるステンレスチップは、ＳＵＳＴＥＣ（製品名）である。また、表１におけるカーボン繊維は、ドナカーボン（製品名）である。
【００２８】
【表１】
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また、実施例Ｗ２、Ｗ３では、電極の表面にブラスト加工を施した。また、実施例Ｗ４では、電極の表面にメッシュ加工を施した。
【００２９】
３．電極の抵抗値及びＳ／Ｎの計測
右側電極部３、左側電極部５の性能を評価するために、実施例Ｗ１〜Ｗ４のそれぞれと同様の方法で製造され、同様の形状を有する評価用電極を用意した。この評価用電極について、抵抗値と、心電（ＥＣＧ）とを計測した。また、比較例として、上記表１の比較例Ｒ１〜Ｒ４の配合比で製造され、同様の形状を有する評価用電極を製造し、この評価用電極についても、同様に計測を行った。
【００３０】
抵抗値の計測方法は次のとおりである。図２に示すように、評価用電極２１の表面に、２本の金属円柱１０３、１０５をそれぞれ押し当てる。金属円柱１０３、１０５の直径はそれぞれ２ｍｍであり、それらの間隔は１０ｍｍである。評価用電極２１はステアリング１０１の表面形状に合わせて加工され、その表面は曲面であるから、評価用電極２１と金属円柱１０３、１０５との接触は、それぞれ、点接触となる。この状態で、金属円柱１０３、１０５間の抵抗値を計測する。
【００３１】
また、心電（ＥＣＧ）の計測方法は次のとおりである。同条件で製造された評価用電極を３個用意する。心電の計測対象者（全実験を通して同一人物）は、右手で２個の評価用電極を持ち、左手で１個の評価用電極を持つ。図３に示すように、右手で持っている２個の評価用電極のうちの一方の信号を生体信号用増幅器１０７のマイナス端子に入力し、他方の信号を中間端子に入力する。また、左手で持っている評価用電極の信号を生体信号用増幅器１０７のプラス端子に入力する。このとき、生体信号用増幅器１０７には、計測対象者の心電波形が入力される。生体信号用増幅器１０７は、心電波形を１０００倍に増幅する。そして、その増幅された心電波形をＡ／Ｄ変換し、ＰＣに記録する。このとき、０．５〜３０Ｈｚのバンドパスフィルターを掛ける。そして、得られた心電波形のＳ／Ｎを計測する。
【００３２】
実施例Ｗ１〜Ｗ４及び比較例Ｒ１〜Ｒ３に対応する評価用電極についての、抵抗値の計測結果、及び心電のＳ／Ｎの計測結果を図４に示す。また、図４には、クロムメッキ電極の計測結果も併せて示す。実施例Ｗ１〜Ｗ４に対応する評価用電極は、いずれも、抵抗値が低く（導電性が高く）、心電波形におけるＳ／Ｎが高かった。図５に、実施例Ｗ３に対応する評価用電極での心電波形を示す。この図５から、ノイズ（Ｎ）がシグナル（Ｓ）に比べて十分小さいことが分かる。また、図６に、実施例Ｗ４に対応する評価用電極での心電波形を示す。図６には、医療用ウエット電極を用いて計測した心電波形も併せて示す。この図６から、実施例Ｗ４に対応する評価用電極は、Ｒ波検出が難しい被験者（第一誘導においてＲ波が低くＴ波と高さが同じレベル）においても医療用ウエット電極に近い信号が得られることが分かる。
【００３３】
それに対し、図４に示すように、比較例Ｒ２、Ｒ３に対応する評価用電極は、いずれも、抵抗値が高く、心電波形におけるＳ／Ｎが低かった。図７に、比較例Ｒ３に対応する評価用電極の心電波形を示す。図７から明らかなように、シグナル（Ｓ）に比べて、ノイズ（Ｎ）が非常に大きかった。
【００３４】
また、比較例Ｒ４に対応する評価用電極の抵抗値は、１０ＭΩであり、非常に高かった。なお、比較例Ｒ４のように、ステンレスチップを含まず、カーボン繊維のみを含む電極において、抵抗値を十分に下げるには、カーボン繊維の配合量を５０重量％以上にする必要があり、その場合は、析出したカーボンが手や衣服に付着する等の問題が生じる。
【００３５】
４．電極の触感、温熱感及び製造容易性の評価
実施例Ｗ１〜Ｗ４及び比較例Ｒ１〜Ｒ４に対応する評価用電極について、触感、温熱感、及び射出成型の容易性を評価した。触感、温熱感の評価は、評価用電極の表面に手で触れたときの感覚により行った。
【００３６】
実施例Ｗ１〜Ｗ４に対応する評価用電極は、触れたときにべたつくようなことがなく、触感が良好であった。また、実施例Ｗ１〜Ｗ４に対応する評価用電極は、ステンレスチップの含有量が比較的少ないので、温熱感が良好であった。さらに、製造時において、材料の流動性が高いので、射出成型の方法で容易に製造することができた。
【００３７】
それに対し、比較例Ｒ１に対応する評価用電極は、温熱感が金属に近く、不良であった。また、比較例Ｒ１に対応する評価用電極は、ステンレスチップの含有量が多いことにより、製造時における流動性が悪く、射出成型が非常に困難であった。上記表１に、各評価結果の概略を示す。また、表１には、従来のクロムメッキ電極の評価結果も併せて示す。
【００３８】
尚、本発明は前記実施の形態になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
例えば、右側電極部３、左側電極部５の製造に用いるプラスチックが、塩化ビニル、又はポリプロピレンであっても略同様の効果を得ることができる。
【００３９】
また、右側電極部３、左側電極部５の表面に施される加工が、ローレット加工、又はディンプル加工であっても、略同様の効果を得ることができる。
また、生体信号用電極は、図８に示すように、車両のシート１０９において運転者と接触する位置１０９Ａ、１０９Ｂ、１０９Ｃのうちのいずれか、又は全てに取り付けてもよい。また、生体用電極は、シートベルト１１１において運転者と接触する位置１１１Ａに取り付けてもよい。さらに、生体用信号電極は、その他、車両において運転者が接触し得る部分（例えば、ヘッドレスト、変速ノブ、取手、又は操作スイッチ）に設けてもよい。
【００４０】
また、上記右側電極部３は、図９に示すものであってもよい。なお、図９（ａ）はステアリング１０１の左側面図であり、図９（ｂ）は、ステアリング１０１の正面図であり、図９（ｃ）はステアリング１０１の右側面図である。
【００４１】
図９において、右側電極部３は、第１電極３Ａ、第２電極３Ｂ、第３電極３Ｃ、及び第４電極３Ｄから構成されている。第１電極３Ａ及び第３電極３Ｃは、ステアリング１０１の正面側に位置し、差動アンプ７のマイナス側端子１１に接続する（図１参照）。また、第２電極３Ｂ及び第４電極３Ｄはステアリング１０１の外周側に位置し、差動アンプ７のグランド電極Ｇに接続する。第２電極３Ｂ及び第４電極３Ｄは不関電極である。
【００４２】
また、左側電極部５は、第１電極５Ａ、第２電極５Ｂ、第３電極５Ｃ、及び第４電極５Ｄから構成されている。第１電極５Ａ及び第３電極５Ｃは、ステアリング１０１の正面側に位置し、差動アンプ７のマイナス側端子１１に接続する。また、第２電極５Ｂ及び第４電極５Ｄはステアリング１０１の外周側に位置し、差動アンプ７のグランド電極Ｇに接続する。第２電極５Ｂ及び第４電極５Ｄは不関電極である。
【００４３】
また、生体情報測定システム１は、車両以外の移動体（例えば、鉄道車両、航空機、船舶等）に搭載され、その移動体の運転者の生体情報を測定するものであってもよい。    
【符号の説明】
【００４４】
１・・・生体情報測定システム、３・・・右側電極部、３Ａ・・・第１電極、
３Ｂ・・・第２電極、
３Ｃ・・・第３電極、３Ｄ・・・第４電極、５・・・左側電極部、５Ａ・・・第１電極、
５Ｂ・・・第２電極、５Ｃ・・・第３電極、５Ｄ・・・第４電極、７・・・差動アンプ、
９・・・演算回路、１１・・・マイナス側端子、１３・・・プラス側端子、
１５・・・出力端子、
１７・・・Ａ／Ｄ変換機、１９・・・ＣＰＵ、２１・・・評価用電極、
１０１・・・ステアリング、
１０３、１０５・・・金属円柱、１０７・・・生体信号用増幅器、１０９・・・シート、
１１１・・・シートベルト、Ｇ・・・グランド電極
【図３】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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