(57)【要約】  本発明は、受容者の生理学的信号を取得するための電極に関する。さらに、本発明は、受容者によって着用される衣類用の布地構造、受容者の生理学的パラメータをモニタリングするためのモニタリングシステムに関する。一方では軟らかく快適な皮膚接触を提供し、他方では高い信号品質を保証する、受容者の生理学的信号を取得するための電極を提供するために、受容者の生理学的信号を取得するための電極1が提案され、当該電極は、互いの上に配置される少なくとも２つの導電性布地層2, 3を含み、第一層2は織られた素材で作られ、受容者の皮膚と接触するための作用面4を持つ第二層3は、編まれた素材で作られる。
2010534502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受容者の生理学的信号を取得するための電極であって、互いの上に配置される少なくとも２つの導電性布地層を有し、第一層が織られた素材で作られ、前記受容者の皮膚と接触するための作用面を持つ第二層が編まれた素材で作られる電極。
【請求項２】
前記導電性布地層のうちの少なくとも一方が、金属成分及び合成成分を含む糸を用いることにより作られる、請求項１に記載の電極。
【請求項３】
前記金属成分がステンレススチール又は銀であり、前記合成成分がポリエステルである、請求項２に記載の電極。
【請求項４】
前記糸が、約２０〜約３０重量％のステンレススチール及び約８０〜約７０重量％のポリエステルから成る、請求項３に記載の電極。
【請求項５】
前記導電性布地層の支持部として機能する支持部材をさらに有する、請求項１に記載の電極。
【請求項６】
前記支持部材がクッション形状をもつ、請求項５に記載の電極。
【請求項７】
前記導電性布地層が前記支持部材上に広げられる、請求項５に記載の電極。
【請求項８】
前記支持部材が柔軟性をもつ、請求項５に記載の電極。
【請求項９】
受容者によって着用されるための衣類用の布地構造であって、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の電極のキャリアとして機能する布地構造。
【請求項１０】
前記電極の前記作用面のサイズに合う開口を有する、請求項９に記載の布地構造。
【請求項１１】
前記電極がロックステッチ縫い又は熱結合によって接続された、請求項９に記載の布地構造。
【請求項１２】
非伸縮性の素材で作られた請求項９に記載の布地構造。
【請求項１３】
受容者の生物学的パラメータをモニタリングするためのモニタリングシステムであって、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の電極、及び/又は、請求項９から請求項１２のいずれか一項に記載の布地構造を有する衣類を有するモニタリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受容者の生理学的信号を取得するための電極に関する。さらに本発明は、受容体によって着用される衣類用の布地構造、及び、受容体の生理学的パラメータをモニタリングするためのモニタリングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
受容者の生理学的パラメータをモニタリングするためのモニタシステムは、従来技術から知られている。在宅で用いられることができる心拍数、呼吸及び生物学インピーダンスをモニタリングするためのシステムが存在する。他のシステム(例えば脳波記録(EEG)システム、心電図(ECG)又は電気筋運動記録(EMG)システム)が、主に臨床的使用のために応用される。
【０００３】
それらのシステムを操作するために、受容者に対する皮膚接触を提供する電極が用いられなければならない。例えば家庭環境において、そのような電極をよりユーザーフレンドリーで簡単に使用できるようにするために、衣類に(例えば受容者の下着に)一体化されることができる布地電極が提案された。
【０００４】
最近の数年の間に、異なる種類の布地電極が開発された。これらは、導電性ゼリー等を何ら使用することなく受容者の皮膚に直接適用される電極である。そのような電極は取扱いが容易であるので、それらのユーザの快適性は、臨床的アプリケーションにおいて主に使用される湿式電極と比べて明らかに改善されている。実験及びテストは、受容者の生理学的パラメータを検知するための装着型衣類で使用するために信頼できる布地電極を達成するために、様々な異なる糸及び製造技術を考慮した。
【０００５】
例えば、編まれた布地が、快適な皮膚接触を提供するための電極素材として用いられた。しかしながら横編布地電極30において、糸31は、電極の表面領域にわたって平行に走る（図1参照）。したがって、一つの方向における抵抗が著しく大きく、電極にわたる不均一な抵抗分布の原因となる。例えば糸が水平に走る場合、水平に測定すると導電性が著しく変動する。結果として、そのような編まれた布地電極は、信号品質を乱す大きなレベルの雑音をもたらす悪い信号品質を被る。加えて、編まれた電極は、抵抗を低減するために、織られた電極よりいっそう水分を保持することができることを、テストは明らかにした。
【０００６】
他方では、電極素材として織り構造を持つ電極20が用いられ、糸21がマトリクスを形成するその構造のために、電極領域全体でかなり一貫した均一の抵抗を提供した(図2参照)。しかしながら、そのような布地は、皮膚接触においてあまりユーザーフレンドリーでない。織られた布地は、あまりに粗く、早期の表面変形を起こしやすいことが分かった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、一方では軟らかく快適な皮膚接触を提供し、他方では高い信号品質を保証する、生理学的信号を取得するための電極を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、受容者の生理学的信号を取得する電極による本発明に従って達成され、当該電極は、互いの上に配置される少なくとも２つの導電性布地層を含み、第一層は織られた素材で作られ、受容者の皮膚に接触するための作用面を持つ第二層は編まれた素材で作られる。
【０００９】
本発明の目的はさらに、受容者によって着用される衣類用の布地構造によって達成され、当該構造は、そのような電極のキャリアとして機能するように適応される。
【００１０】
本発明の目的はさらに、受容者の生理学的パラメータをモニタリングするためのモニタリングシステムによって達成され、当該システムは、前記電極を有し、及び/又は、前記布地構造を有する衣類を含む。
【００１１】
本発明の中心的なアイデアは、心拍数、ECG信号等のような生理学的信号を取得するための、編まれた外側の層及び織られた内側の層を有する多層導電性布地電極を提供することである。編まれた外側の層は、生体測定信号を読み取るための軟らかい快適な皮膚接触を提供し、一方下の織られた導電性層は、編まれた構造の導電特性を改善する。織られた層のマトリクス構造は、編まれた皮膚接触層の表面領域にわたる抵抗を低減及び統一して、ノイズレベルを低減する。低下した抵抗及びノイズレベルは、信号測定値の改善された精度及び一貫性をもたらす。これは次に、必要とされるモニタリングソフトウェアの複雑さを低減し、全体的に実現が容易でより信頼性が高いモニタリングシステムを可能にする。
【００１２】
本発明による電極は、布地又は衣類への集積化に適応されているので、取扱いの快適性が高く、そのような電極を用いたモニタリングシステムは、電気生理学的信号及び他のパラメータの長期の連続したモニタリングに適している。本発明によって提案される電極は非常に頑丈なので、本モニタリングシステムは、従来技術のシステムと比較して、耐久性及び信頼性が高い。
【００１３】
構成及び電子部品に応じて、改善された品質は、病院環境において又は在宅で、心拍数、ECG、呼吸及び生物学インピーダンス並びにそれら全ての組合せを検出するために本電極が用いられることを可能にする。前世代の布地センサと比較して、二重層状導電性布地電極は、生体測定信号の検知において、著しく改善された性能を提供する。
【００１４】
本発明は、改善された測定値品質を有するユーザーフレンドリーなモニタリングシステムを提供する。本発明は、好ましくは、最高の快適性で電気生理学的パラメータを連続的にモニタリングするために、パーソナルヘルスケアの分野に適用可能である。
【００１５】
本発明のこれらの及び他の態様は、従属請求項に定められる以下の実施の形態に基づいて、さらに詳しく述べられる。
【００１６】
本発明の好ましい実施の形態によれば、導電性布地層のうちの少なくとも一方は、導電性成分及び非導電性成分を含む糸を用いることにより作られる。これらの成分は、特に金属成分及び布地成分である。そのような金属糸の金属成分は、好ましくはステンレススチール又は銀である。金属の選択は、導電性及び頑丈さに関して特定のアプリケーションの要求によって決まる。
【００１７】
ステンレススチールと比較して、銀はかなり導電性が高い。他方で、ステンレススチールは銀より頑丈である。布地成分は好ましくは、金属ファイバのためのカーネルとして機能するのに十分に頑丈である合成成分である。好ましくは、頑丈な線維を提供し、同時に、説明されたアプリケーションのために必要とされる弾性及び柔らかさを示すポリエステル又はライクラが合成成分として用いられる。
【００１８】
特定のアプリケーションの要求次第では、単一の金属成分の使用(ステンレススチール/ステンレススチール、銀/銀)だけが可能というわけではない。好ましい実施の形態において、ステンレススチールと銀の両方の組み合わせが用いられることができ、例えば、導電層のうちの一方は、金属成分としてステンレススチールを含む糸を用いて作られて、他方の導電層は、金属成分として銀を含む糸を用いて作られる(ステンレススチール/銀)。
【００１９】
ステンレススチールが金属成分として用いられる場合、糸は、好ましくは、約20〜約30重量%のステンレススチールと、約80〜約70重量%のポリエステルを含む。より好ましくは、糸は、約30重量%のステンレススチールと、約70重量%のポリエステルを含む。30重量%以上のステンレススチールを含む糸を用いると、非常に硬く不快感を与える布地になる。
【００２０】
上に述べた糸を使用することで、肌荒れを伴わない長期の使用及び同時に良好な信号品質を可能にする。そのような糸を使用して製造された本発明による二重層電極は、100%銀で作られた単層の織られた電極に匹敵することが分かった。
【００２１】
編まれた層は横編み又は縦編みであることができる。異なる技術も同様に、織られた層のために適用されることができる。好ましくは、工業用の適用可能な編物及び織物技術が適用される。層の厚さは変更されることができ、特定のアプリケーションの要求によって決まる。
【００２２】
他の本発明の好ましい実施の形態において、電極はさらに、導電性布地層の支持物として機能するように適応された支持部材を含む。そのような支持部材を用いる利点は、層が受容者の皮膚に対してより正確に配置されることができ、したがってより良好な信号対雑音比を可能にすることである。
【００２３】
この目的のために、支持部材は好ましくはクッションのような形状を持ち、導電性布地層が支持部材上で広げられることを可能にする。この手段によって、非常にきれいで均一な作用面が得られる。これは、編まれた層の抵抗をさらに低減する。広げられた編まれた層の他の利点は、引伸しがそれ自体で編まれた層のより良好な導電性をもたらすことである。下の織られた層によって、導電性はさらに著しく改善される。
【００２４】
好ましくは、支持部材は柔軟である。柔軟な支持部材を用いることの主な利点は、その柔軟性によって、電極の着用者が動いたとしても、電極の作用面が受容者の皮膚に持続的に接触することが保証されることである。この目的のために、支持部材は好ましくは、柔軟であるだけでなく、さらに軽量で安価であるシリコンで作られる。しかしながら、その代わりに他の材料（例えば発泡体、又は、柔軟で、好ましくは無毒性の、可洗で、軽量の任意の他の材料）が、支持部材のために用いられることができる。
【００２５】
クッションのような形状を有する支持部材は、人が動くときに布地電極層と皮膚との間の接触が最適であることに主に責任を持つ。支持物は、柔軟でなければならず、導電層が皮膚に対して変わらずに常に押しつけられることを保証しなければならない。皮膚接触が変化することによって生じる移動性アーチファクトが信号品質を非常に乱すので、電極が人体のどこに配置されるのかに応じて、支持部材は、約5〜約10mmの厚さが好ましい。例えば、10mmの厚さは、電極がパンツの中で使用される場合には不快感を与えるが、シャツ中の胸部では、それは許容できる。厚さは、信号品質と快適性との間の最適の妥協が達成されるように選択される。
【００２６】
本発明の好ましい実施の形態において、電極は、受容者によって着用される衣類に用いられることが意図される布地構造又は布に取り付けられる。この構造は、電極のためのキャリアとして機能する。この目的のために、前記構造は、好ましくは、電極の第二層の作用面のサイズにフィットするように適応される開口を含む。言い換えると、電極は、開口に挿入されて、その後、前記構造に接続される。
【００２７】
好ましくは、電極の支持部材は、高くなった形状をもたらして、電極が前記構造と一体化されたときにより良好な皮膚接触を提供するように、前記構造に対して位置を定められる。またこれは、電極の信号品質を改善する。
【００２８】
好ましくは、電極の層は、ロックステッチ縫いによって又は熱結合によって、好ましくは超音波溶着によって、前記構造に接続される。これらの工業用プロセスは迅速で、頑丈であり、そして製造コスト全体を低く抑える。
【００２９】
好ましくは、前記構造は、層間の最適な接触を保証して、一定の表面積を維持するために、非伸縮性の材料で作られる。したがって、一旦電極が前記構造に接続されると、それは意図せずにずれたり向きが変わったりすることはなく、より正確な信号測定値をもたらす。
【００３０】
本発明のこれらの及び他の態様は、以下の実施の形態及び添付の図面を参照して、以下に一例として詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】横編構造の模式的な例。
【図２】平織構造の模式的な例。
【図３】構造に一体化された電極の平面図。
【図４】断面IV-IVに沿った電極の横断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明による電極1は、受容者の生理学的信号を取得するために適応され、ECGモニタリングシステム(図示せず)において用いられる。電極1は、互いの上に配置される２つの導電性布地層2, 3を含み、第一層2は織られた素材(図2を参照)で作られ、第二層3は、受容者の皮膚(図示せず)に接触するための作用面4を持つ編まれた素材(図1を参照)で作られる。第一層2は、軟らかい皮膚接触及び改善された摩耗性を保証し、そして第二層3は、電極1の作用面4の全体にわたって導電性を均一にする。
【００３３】
導電性布地層2, 3の両方は、ステンレススチール及びポリエステルから成る糸を用いることにより作られる。糸は、約30%のステンレススチール及び約70%のポリエステルを含む。
【００３４】
２つの層2, 3は引き伸ばされて、支持部材として機能する柔軟なシリコーンクッション5上にかぶせられる。層2, 3及びクッション5は、布地構造7の開口6中に挿入され、この開口は、第二層3の作用面4のサイズに合うように適応されている。それによって、電極1は、作用面4がアクセス可能であるように構造7の開口6中に配置される。布地構造7は、非伸縮性の素材(例えば綿)で作られる。クッション5をその最終位置に維持するために、クッション5の底面を覆って、層2, 3の縁の方へ広がる追加のカバー要素8が提供される。例えば、カバー要素8は、好ましくは、非導電性布地構造の断片であることができる。
【００３５】
その後、クッション5のまわりの層2, 3の境界領域9及びカバー要素8の広がった端部は、複数のステッチ10によって構造7に縫い合わせられる。図4では、電極1の片側のステッチだけが示される。好ましくは、層2, 3及びカバー要素8は、層2, 3がほつれることを防止するために、それらの外側の境界に沿って縫い合わせられる。クッション5の高さは、作用面4と皮膚との間の持続的な接触が保証されるように、構造7の厚さに従って選択される。図示された最終位置において、クッション5は構造7から突き出し、高い作用面4の位置をもたらす。
【００３６】
開口6に隣接した層2, 3の境界領域9において、ケーブル11が電極1に接続される。ケーブル11は、好ましくはロックステッチ縫い、熱結合(例えば超音波溶着)又は他の適切な技術を用いて、導電層2, 3の左又は右のマージンにおいて接続される。好ましくは、層2, 3の両方がケーブル11に接続される。ケーブル11は、好ましくは、導電性布地で作られる。ケーブル11は、モニタリングシステムの電子部品(図示せず)に電極1を接続する。接続ケーブル11の代わりに、無線周波送信装置が、外付けモニタリング装置への無線データ通信のために用いられることができる。
【００３７】
そして電極1のキャリアとしての構造7は、受容者によって着用される衣類又は衣類の一部として用いられる。電極1及び衣類は、別々に製造されて組み立てられることができる。電極1を備えることは、衣類のデザインを制限しない。電極1は、衣類の任意の位置に固定されることができる。他の取り付け方法と比べて減少した製造ステップの数及び減少した製造コストのために、電極1は大量生産に適している。
【００３８】
本発明による電極1は、信頼できる独立したモニタリングを提供しつつ消費者の快適性を改善する装着型バイオセンシング衣類に一体化されるように好ましくは設計されている。それは、比較的実行が容易な心拍数モニタから、より完全で複雑なバイオセンサシステムに及ぶ、医療、保健、健康及びスポーツアプリケーションに組み込まれることができる。
【００３９】
本発明が前述の実例となる実施の形態の詳細に制限されず、本発明がその精神又は本質的な特性を逸脱しない範囲で他の特定の形態で実施されることができることは、当業者にとって明らかである。したがって、本実施例は、全ての観点において、一例であって制限的でないとみなされるべきであり、本発明の範囲は、上記の説明ではなく、添付された特許請求の範囲によって示され、したがって、請求の範囲の均等物の意味及び範囲内の全ての変更は、本発明に包含されることが意図される。「有する」「含む」との用語は他の要素又はステップを除外しないこと、単数形が複数を除外しないこと、及び、コンピュータシステム又は他のユニットのような一つの要素が、請求の範囲に記載された複数の手段の機能を満たすことができることはさらに明らかである。特許請求の範囲中の任意の参照符号は、関係する特許請求の範囲を制限するものとして解釈されてはならない。
【符号の説明】
【００４０】
1.電極
2.第一層
3.第二層
4.作用面
5.クッション
6.開口
7.構造
8.カバー要素
9.境界領域
10.ステッチ
11.ケーブル
20.編地
21.糸
30.織地
31.糸
【図１】
2010534502.tif 000003
【図２】
2010534502.tif 000004
【図３】
2010534502.tif 000005
【図４】
2010534502.tif 000006
【国際調査報告】
2010534502.tif 000007
2010534502.tif 000008
2010534502.tif 000009