(57)【要約】【課題】長時間にわたる測定であっても、被験者を拘束せず、皮膚などの患部に影響を及ぼさずに、簡単かつ精密に心電位信号などの生体電気信号を計測することが出来る電極として有用な多電極付き織物及びそれを用いた生体電気信号計測用衣服を提供する。【解決手段】導電性糸と非導電性糸とを綴れ織りすることにより、導電性領域と非導電性領域を形成し、前記導電性領域からなる電極を複数具備してなる多電極付き織物。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性糸と非導電性糸とを綴れ織りすることにより、導電性領域と非導電性領域を形成し、前記導電性領域からなる電極を複数具備してなる多電極付き織物。
【請求項２】
縦糸又は緯糸のいずれか一方に非導電性糸、他方に導電性糸を用いて、綴れ織りすることを特徴とする請求項１に記載の多電極付き織物。
【請求項３】
前記複数の電極は、それぞれ離間して配され、非導電性領域によって電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の多電極付き織物。
【請求項４】
前記電極からは、該電極を形成する導電性糸が伸長してなる導電部が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の多電極付き織物。
【請求項５】
前記導電部は、絶縁体により被覆されていることを特徴とする請求項４に記載の多電極付き織物。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の多電極付き織物を用いて作製した生体電気信号計測用衣服。
【請求項７】
前記生体電気信号が、筋電位信号又は心電位信号である請求項６記載の生体電気信号計測用衣服。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多電極付き織物及びそれを用いた生体電気信号計測用衣服に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体電気信号として代表的なものは、心電位信号や筋電位信号などであり、それらを測定することによって生体機能の検査が行われている。
【０００３】
例えば、心電位信号を測定する一般的な心電図記録は、安静時の心機能を測定するもので、被検者の体表に生じる電圧の変化を記録した心電図により行っている。心電図の測定のためには、電極を被検者の手首や足首の近くに粘着剤によって皮膚に接着させたり、減圧を利用して胸部などの体表面に吸着させたりすることで固定し、各電極から得られる心電位信号を増幅器により増幅して記録計に記録して表示画面に波形表示していた。測定に際して、通常、被験者は診察台の上に仰向けになって安静にしていることが要求される。そして、電極は、測定するごとに被検者に固定され、しかも上記のように粘着剤を用いたり、減圧したりして体表面に固定して測定に入るため、被検者に意識させることなく計測することは難しい。
【０００４】
また、一般的に胸部に吸着される電極は、６個から構成され、Ｖ１は胸郭の第４肋間胸骨右縁、Ｖ２は第４肋間胸骨左縁、Ｖ４は第５肋間左鎖骨中線上、Ｖ３はＶ２とＶ４の中点、Ｖ５はＶ４と同じ高さで前腋窩線上、Ｖ６はＶ４と同じ高さで中腋窩線上に装着される。胸郭は肋骨と肋間が交互に現れる凹凸構造を示すため、体型や体表面の状態によっては吸着がうまく行かず、電極が外れることがしばしばあった。また、電極の順番を間違えずに、正確な位置に迅速に装着するよう注意を払う必要があった。さらに、６個の電極では、心臓から発生する体表面上での電位分布を十分に推定することが難しく、心機能の状態を精密に把握するには限界があった。
【０００５】
一方、発作性、孤立性、一過性の心臓疾患を有する場合は、短時間の心電図の記録では心機能を把握することが難しいため、数日間に一度程度発生する異常心電をとらえることを企図して、例えば、ホルタ心電計（長時間心電図記録器）により長時間の心電図の記録を行う必要がある。しかし、この場合においても、被験者は電極を貼り付けた状態を要求され、電極を装着した状態では行動も制約される上、電極を装着した皮膚接触面には、かゆみ、発赤、炎症などを惹き起こす場合もあった。また、被験者自身が容易に着脱を行えないため、入浴などの日常行動の一部の計測が困難であることから、２４時間程度の計測しか行うことが出来ず、数日間に一度程度発生する異常心電を取得することは不可能であるとされてきた。
【０００６】
同様に、長時間継続的に装着したり、特定の業務時に装着して連続的に生体自身から得られる信号を計測したり、生体内部に存在する機器から発生する信号を受信したり、あるいはその逆に、生体自身や生体内部に存在する機器に対して信号を提供したりすることが必要な事例は数多くある。例えば、消火活動中の消防士などの特殊活動に従事する者を対象に、発汗や体表面の温度を計測する場合、出動時に多くの計測用電極やセンサを体表に取り付け、これらを電気的に結びつけるための配線作業を行うのは時間の浪費となることから好ましくなく、短時間で簡便に電気的に結びつけられた計測電極群を体表に配する手法が必要となる。また、例えば、カプセル型内視鏡や研究提案中の体内埋め込み型血液検査・治療機器などを用いる場合、これらの機器からの信号を受信する受信機群とこれらを電気的に結びつける配線を体表の適切な部位に容易に着脱できなければ、日常生活を阻害することなく連続的に計測を行うことはできない。また、例えば、人工内耳や心臓ペースメーカ、あるいは、脳や筋肉に直接刺激を与えて人体の機能改善を行う電気的機能刺激装置などの装置を日常生活の中で継続的に利用するためには、外部からこれらの機器に電源や命令を提供するための電気回路と送信子・受信子とこれらを電気的に結びつける配線を体表の適切な部位に容易に着脱できなければ、日常生活を阻害することなく連続的に機器の機能を維持することは困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情や問題点に鑑みてなされたものであり、長時間にわたる測定であっても、被験者の日常行動を拘束せず、皮膚などに影響を及ぼさずに、被験者自身の手で容易に電極を着脱し、簡単かつ精密に心電位信号などの生体電気信号を計測することが出来る電極として有用な多電極付き織物及びそれを用いた生体電気信号計測用衣服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】
【０００８】
本発明は、（１）導電性糸と非導電性糸とを綴れ織りすることにより、導電性領域と非導電性領域を形成し、前記導電性領域からなる電極を複数具備してなる多電極付き織物に関する。
【０００９】
また、本発明は、（２）縦糸又は緯糸のいずれか一方に非導電性糸、他方に導電性糸を用いて、綴れ織りすることを特徴とする前記（１）に記載の多電極付き織物に関する。
【００１０】
また、本発明は、（３）前記複数の電極は、それぞれ離間して配され、非導電性領域によって電気的に絶縁されていることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の多電極付き織物に関する。
【００１１】
また、本発明は、（４）前記電極からは、該電極を形成する導電性糸が伸長してなる導電部が形成されていることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか一項に記載の多電極付き織物に関する。
【００１２】
また、本発明は、（５）前記導電部は、絶縁体により被覆されていることを特徴とする前記（４）に記載の多電極付き織物に関する。
【００１３】
また、本発明は、（６）前記（１）〜（５）のいずれか一項に記載の多電極付き織物を用いて作製した生体電気信号計測用衣服に関する。
【００１４】
また、本発明は、（７）前記生体電気信号が、筋電位信号又は心電位信号である前記（６）記載の生体電気信号計測用衣服に関する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、被験者自身の手によって容易に着脱可能であるため、長時間にわたる測定であっても、被験者の日常行動を拘束することなく、また、皮膚などに影響を及ぼすこともなく、簡単かつ精密に心電位信号などの生体電気信号を計測することが出来る電極として有用な多電極付き織物及びそれを用いた生体電気信号計測用衣服を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の多電極付き織物の模式図である。
【図２】本発明の多電極付き織物の模式図である。
【図３】本発明の多電極付き織物における電極の模式図である。
【図４】本発明の多電極付き織物における電極の模式図である。
【図５】本発明の多電極付き織物における電極の模式図である。
【図６】本発明の多電極付き織物のおける電極の模式図である。
【図７】実施例で作製した本発明の多電極付き織物のおける電極の模式図である。
【図８】実施例で作製した本発明の多電極付き織物を用いて測定した心電図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の多電極付き織物は、導電性糸と非導電性糸とを綴れ織りすることにより、導電性領域と非導電性領域を形成し、前記導電性領域からなる電極を複数具備してなることを特徴とする。
【００１８】
以下、本発明について、図面と共に説明する。
【００１９】
本発明の多電極付き織物１は、複数の電極を具備してなるものであり、複数の電極は、図１の（ａ）に示すように織物全体に配置されていても、図１の（ｂ）に示すように一部に配置されていてもよい。例えば、複数の電極が織物全体に具備してなる多電極付き織物を用いて生体電気信号を測定する場合は、測定する生体電気信号の種類、測定部位、被験者の体型などに応じて、一部の電極を測定用電極として任意に選択すれば良い。又、複数の電極が織物の一部に具備してなる多電極付き織物を用いて生体電気信号を測定する場合は、測定する部位に電極が配置されるよう例えば衣服のデザインを設計すればよい。
【００２０】
本発明の多電極付き織物１は、導電性領域Ａと非導電性領域Ｂからなり、前記導電性領域Ａが電極２を構成する（図１及び図２を参照）。図１に示すように複数の電極２は、それぞれ離間して配され、電極２間の短絡を防ぐ目的で、各電極２は非導電性領域Ｂによって電気的に絶縁されている。電極２の離間距離は、できる限り短くした方がチャンネル数を多くすることが可能となる。しかし、電極間距離が短すぎると生体電気信号の信号振幅が低減し、Ｓ／Ｎ比が低下して信号検出や信号解析が困難になるため、測定条件に応じて電極間隔は適宜設定する必要がある。各電極２の配置は特に限定されず、図１に示すように均等に離間されていてもよいが、不均等に離間されていてもよい。
【００２１】
前記導電性領域Ａと非導電性領域Ｂは、図３に示すように導電性糸３と非導電性糸４とを綴れ織りすることにより形成される。本発明では、綴れ織りの技法を用いることにより、導電性領域Ａと非導電性領域Ｂを所望の位置に好適に形成することが出来る。また、綴れ織りの技法を用いることにより、製織される導電性部位を一本の継続した糸を用いて実現できるため、複数の糸が互いに接触することによって回路形状を製織する場合と比して、ほぼ１／１００程度まで回路抵抗を減じることが可能になる。綴れ織りの技法では、図３に示すように緯糸に導電性糸３及び非導電性糸４を用いた場合、導電性領域Ａの緯糸である導電性糸３が織物全体に通ることなく、導電性領域Ａのみに織り込まれ、非導電性領域Ｂは非導電性糸４で織り込まれるため、導電性領域Ａの緯糸と非導電性領域Ｂの緯糸の境目に隙間が生ずる。また、綴れ織りの技法は、表と裏の模様が同一となるため、多電極付き織物１において、導電性領域Ａと非導電性領域Ｂの形成箇所は表面と裏面とでは同一となるため、肌に触れる面の裏面を利用して、容易に電気機器の接合を行うことが可能となるとともに、被験者自身が電極装用位置の確認を容易に行うことが出来る利点が発生する。
【００２２】
本発明では、縦糸又は緯糸のいずれか一方に非導電性糸、他方に導電性糸を用いて、綴れ織りする。導電性領域及び非導電性領域を、所望の位置に正確かつ容易に形成し易いという点で、図３に示すように、縦糸に非導電性糸、緯糸に導電性糸及び非導電性糸を用いることが好ましい。その他の態様として、縦糸に導電性糸及び非導電性糸、緯糸に非導電性糸を用いて、あるいは、縦糸に導電性糸及び非導電性糸、緯糸に導電性糸及び非導電性糸を用いて、綴れ織りを行ってもよい。
【００２３】
また、本発明では、縦糸に非導電性糸、緯糸に導電性糸及び非導電性糸を用いて綴れ織りを行うに際し、緯糸が縦糸に対して、３〜７の縮率をもって織り込むようにすると、その縮率に応じた弛み分が交差する縦糸の上に隆起して綴れ織り構造を形成する。得られた多電極付き織物における電極は隆起しているため、それを用いて作製した生体電気信号計測用衣服は、電極が被験者の体表面に密着しやすくなり、生体電気信号を感知しやすくなる。ここで、縮率とは、織物の一定の寸法内（Ｗ）に織り込まれている糸条を織物から取り出して測定したときの糸条の実寸法（長さＬ）と、その織物の一定の寸法（Ｗ）との比率（Ｌ／Ｗ）を意味する。
【００２４】
本発明で用いられる導電性糸３は、導電性繊維からなる糸であって、例えば、金、銀、銅、ステンレス等の金属糸；カーボン、チタン、アルミナなどの無機繊維；ポリアニリン、ポリアセチレン等の導電性ポノマー；銀メッキされたナイロンフィラメントの束であるマルチフィラメントからなる銀メッキナイロン糸；硫化銅及びニッケルを含有したアクリル繊維或はナイロン繊維、ポリエステル繊維からなるフィラメント糸や紡績糸（撚糸）；これらの合糸、合撚糸、混繊糸、紡績糸（撚糸）；などを用いることが出来る。これらのなかでも、頑丈で加工しやすい点から、ステンレス繊維が好適に用いられ、直径４０μｍ〜２４０μｍのステンレス繊維がより好適に用いられる。
【００２５】
本発明で用いられる非導電性糸４は、非導電性繊維からなる糸であって、例えば、綿糸、絹糸、アクリル、ナイロン、ポリエステル糸などを用いることが出来る。これらのなかでも、絶縁性の観点からポリエステル糸が好適に用いられ、電気抵抗値１×１０１３Ω／ｃｍ以上で公定水分率０．４％以下のポリエステル糸がより好適に用いられる。これら非導電性糸４の太さは、特に限定されないが、通常、５０〜１０００デニールの範囲である。
【００２６】
上記導電性糸３と非導電性糸４の組合せは、特に限定されず、製織できる範囲で適宜選択される。
【００２７】
本発明において、前記電極２の形状も特に限定されず、例えば、矩形、正方形、円形、楕円形、その他の多角形、同心の多重図形（同心の四角形、同心の円形、同心の多角形）などが挙げられ、図４に同心の四角形の電極の模式図を示す。図４に示す電極２は、導電性領域Ａから形成され、各電極２は非導電性領域Ｂによって離間して配され電気的に絶縁されている。図４では、３つの同心の四角形の電極を示したが、多重図形の個数は特に限定されない。
【００２８】
本発明では、図５に示すように、前記電極２からは、該電極２を形成する導電性糸３が伸長してなる導電部５が形成されている。前記電極２が感知した生体電気信号は微弱な電流であるため電極間の電圧を増幅器を用いて増幅する必要があり、導電部５を介して電極２と増幅器とが接続される。該導電部５は、通常、電極２の織端から伸長している。導電部５は導電性糸３により形成されている為、他の電極上を跨いで伸長する際に該電極と接触して短絡を起す可能性があるため、それを防止する目的から図６に示すように絶縁体６で被覆されていることが好ましい。絶縁体６としては、絶縁性を有する材料から構成されていれば特に限定されず、例えば、ポリエステル、ポリプロピレン、アクリル、ナイロン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリスルホン、ポリアセタール、ポリウレタン、ポリホマール、ポリブチラール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリ酢酸ビニル、上記ポリマー２種以上の共重合体、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂が使用できる。導電部５を絶縁体６で被覆する方法は、特に限定されず、導電部５に絶縁材料を塗布する方法、絶縁材料からなるパーツで覆う方法などが挙げられる。
【００２９】
本発明において、電極２の大きさは特に限定されず、使用目的や適用部位などに応じて適宜選択される。例えば、本発明の多電極付き織物を使用して心電位信号を測定する場合は、電極サイズが小さすぎると心電位信号を検出する部位の接触インピーダンスが増大し、検出するために心電計等の入力インピーダンスを増大させる工夫が必要となる。逆に大きすぎると電極と生体組織との接触面積の変動が大きくなることで接触インピーダンスが変動し、心電位信号への雑音混入が大きくなる。また、多電極付き織物における電極２の個数は複数であれば特に限定されず、使用目的や適用部位などに応じて適宜選択される。
【００３０】
本発明の多電極付き織物１を用いて作製した生体電気信号測定用衣服では、電極２を複数具備することにより、多数の電極から生体電気信号、例えば心電位信号を検出できる為、電極６個を用いる従来の心電計と比べて、より精密な測定を行うことが出来る。
【００３１】
本発明の多電極付き織物は、生体電気信号計測用衣服に作製することができる。衣服としては、被験者が着用した際に電極が被験者の皮膚に直接接触する類のものであれば特に限定されず、例えば、シャツ、ズボン、靴下、手袋、帽子などが挙げられる。生体電気信号としては、心電位信号、筋電位信号、脳波などが挙げられる。測定の対象とする生体電気信号に応じて、電極が適切な部位に配されるよう、例えば心電位信号であれば被験者の胸部、筋電位信号であれば測定したい筋肉、脳波であれば頭部に電極が配されるよう衣服のデザインを作製すればよい。本発明の生体電気信号測定用衣服は、着用するだけでよいので、従来の心電図測定に比べて、被験者を拘束せず、皮膚などの患部に影響を及ぼさずに、簡単に測定が可能となる。
【００３２】
本発明の多電極付き織物は、直接的に生体から発せられる電気的信号だけではなく、例えば発汗などのような、当該現象によって個別電極、あるいは、複数の電極間の電気的特性(抵抗など)の変化としてとらえられる現象の計測に対しても適用が可能である。また、電極に適切なセンサ装置やエンドエフェクタ装置を接続、あるいは、電気・電磁気的に結合することで、生体表面、あるいは、生体内部の現象を取得したり、生体自身に影響を与えたりすることに用いても良い。このような接続・結合される機器の事例としては、例えば、体の各関節の曲げ角度センサや体表面各点での接触圧力センサ、体表面温度の計測センサ、心音や肺音など計測するマイクロホンアレイ、あるいは、体内にあるカプセル型内視鏡や生体埋め込み型の血中糖濃度・がんマーカ濃度などの生体計側装置、あるいは、人工内耳や心臓ペースメーカ、脳、筋肉、臓器などに信号を与えて機能を改善する電気的機能刺激装置などが挙げられる。また、例えば、ヘッドホン、マイクロホン、バーコードリーダなどのエンドエフェクタを、それぞれ、耳、口、手のなどの適切な部位に配した着衣型の情報機器なども本発明の技術を適用することで実現できる。
【００３３】
実施例
以下に本発明の多電極付き織物の実施例を示すが、本発明はこれに限定されることはない。
【００３４】
縦糸に太さ１５０デニールのポリエステル糸（帝人ファイバー株式会社製、商品名：ウェーブロン、電気抵抗値：１Ｘ１０１３Ω／ｃｍ、公定水分率：０．３％）を４本撚りしたものを用い、緯糸に太さ１５０デニールのポリエステル糸（帝人ファイバー株式会社製、商品名：ウェーブロン、電気抵抗値：１Ｘ１０１３Ω／ｃｍ、公定水分率：０．３％）を４本撚りしたものと直径１６０μｍのステンレス繊維（日本精線株式会社製、商品名：ナスロン、直径４０μｍのステンレス繊維を４本撚りしたもの）を用い、綴れ織りすることにより、一辺５ｍｍの正四角形の電極２を縦横５ｍｍずつの間隔をあけて並べて、２０ｃｍ×３０ｃｍ内に６０個備えてなる多電極付き織物１を作製した（図７を参照）。多電極付き織物の裏面において、各電極の織端からは前記ステンレス繊維を伸長させ、伸長させた繊維はポリ塩化ビニルにより各々被覆した。電極に用いているステンレス繊維の抵抗値は３６．３±５．４Ω／ｃｍであった。
【００３５】
上記で作製した多電極付き織物１の裏面が被験者の左胸部に接するよう配置し、当該左胸部と対向する背部に参照用グランド電極を配置した。参照用グランド電極としては、縦糸に太さ１５０デニールのポリエステル糸（帝人ファイバー株式会社製、商品名：ウェーブロン、電気抵抗値：１Ｘ１０１３Ω／ｃｍ、公定水分率：０．３％）を４本撚りしたものを用い、緯糸に太さ１５０デニールのポリエステル糸（帝人ファイバー株式会社製、商品名：ウェーブロン、電気抵抗値：１Ｘ１０１３Ω／ｃｍ、公定水分率：０．３％）を４本撚りしたものと直径１６０μｍのステンレス繊維（日本精線株式会社製、商品名：ナスロン、直径４０μｍのステンレス繊維を４本撚りしたもの）を用い、綴れ織りすることで作製した、一辺５ｃｍの正四角形の電極を用いた。多電極付き織物１の電極の内の２つと参照用グランド電極により、安静状態で心電位を計測し、得られた心電図を図８に示す。
【符号の説明】
【００３６】
Ａ  導電性領域
Ｂ  非導電性領域
１  多電極付き織物
２  電極
３  導電性糸
４  非導電性糸
５  導電部
６  絶縁体
【図１】
2011015817.tif 000003
【図２】
2011015817.tif 000004
【図３】
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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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