JP2019126562A - ウェアラブルデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】着用者の不快感を低減する。【解決手段】ウェアラブルデバイスは、衣服１１と、着用者１０の身体と接触する衣服１１の面に固定された電極Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２とを備えている。着用者１０の身体側から見た電極Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２の平面寸法は、電極Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２が平面視多角形の電極の場合、対角線の長さの最大値が５ｃｍ以内、電極Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２が平面視円形または平面視楕円形の電極の場合、径の最大値が５ｃｍ以内であり、着用者の身体の異なる位置に電気刺激を個別に印加する複数の電極間の間隔が３ｃｍ以上である。【選択図】 図１

Description

本発明は、電気的な生体信号の取得あるいは人体への電気刺激の印加のために用いられる衣服型のウェアラブルデバイスに関するものである。

心拍数を測定することは、心肺機能の負荷強度のコントロール等に有用である。近年では、シャツに電極を仕込んだタイプの、心電波形を計測できる衣服型のウェアラブルデバイスが開発され、さまざまなシーンでの心拍モニタリングが手軽に行われるようになっている（特許文献１参照）。

特許文献１には、生体の胸側から背中側に及ぶ電極を用いることで、着用者の姿勢等によらず生体信号を取得でき、かつ体への締めつけを低減できる衣服の構成が開示されている。

しかしながら、図３（Ａ）の人体正面図、図３（Ｂ）の人体右側面図、図３（Ｃ）の人体背面図に示すように、従来の衣服型のウェアラブルデバイスにおいては、体表面上の広い範囲におよんで帯状に展開された電極１０２，１０３が、衣服１０１の着用者１００に対し、体にまとわりつくような感触をもたらす。図３（Ａ）〜図３（Ｃ）の１０４は生体信号取得端末、１０５，１０６は生体信号取得端末１０４と電極１０２，１０３とを電気的に接続する配線である。

電極１０２，１０３に水分を含ませて使用する場合、着用者１００の皮膚への電極１０２，１０３の密着感が高まるので、電極１０２，１０３が体にまとわりつくような不快感はいっそう強くなる。また、電極１０２，１０３は伸縮性に乏しい材質であることが多く、その場合、帯のような電極１０２，１０３の形状は、着用者１００に束縛感を与える。

なお、以上のような不快感の問題は、心電波形等の生体信号を取得するウェアラブルデバイスに限らず、着用者に電気刺激を与えるタイプのウェアラブルデバイスにおいても同様に発生する。

特開２０１７−１４０２１３号公報

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、着用者の不快感を低減することができるウェアラブルデバイスを提供することを目的とする。

本発明のウェアラブルデバイスは、衣服と、着用者の身体と接触する前記衣服の面に固定された電極とを備え、前記電極は、前記着用者の生体信号を取得する複数の小電極、または前記着用者に対して電気刺激を印加する複数の小電極から構成されていることを特徴とするものである。
また、本発明のウェアラブルデバイスの１構成例において、前記着用者の身体側から見た前記小電極の平面寸法は、前記小電極が平面視多角形の電極の場合、対角線の長さの最大値が５ｃｍ以内、前記小電極が平面視円形または平面視楕円形の電極の場合、径の最大値が５ｃｍ以内である。
また、本発明のウェアラブルデバイスの１構成例において、前記小電極は、前記着用者の身体の異なる位置に電気刺激を個別に印加する複数の小電極間の間隔が３ｃｍ以上である。

本発明によれば、着用者の身体と接触する衣服の面に固定する電極を、着用者の生体信号を取得する複数の小電極、または着用者に対して電気刺激を印加する複数の小電極から構成することにより、電極が体にまとわりつくような感触を抑えることができ、ウェアラブルデバイスの着用者の不快感を低減することができる。

また、本発明では、着用者の身体側から見た小電極の平面寸法を、小電極が平面視多角形の電極の場合、対角線の長さの最大値が５ｃｍ以内、小電極が平面視円形または平面視楕円形の電極の場合、径の最大値が５ｃｍ以内とし、着用者の身体の異なる位置に電気刺激を個別に印加する複数の小電極間の間隔を３ｃｍ以上とすることにより、着用者の身体の異なる位置に電気刺激を個別に印加する際に、着用者が電気刺激の印加箇所を分別できるようになる。

図１は、本発明の実施例に係るウェアラブルデバイスを人体に装着した様子を示す模式図である。 図２は、本発明の実施例に係るウェアラブルデバイスを用いて取得した心電波形の例を示す図である。 図３は、従来のウェアラブルデバイスを人体に装着した様子を示す模式図である。

図１（Ａ）〜図１（Ｃ）は本発明の実施例に係るウェアラブルデバイスを人体に装着した様子を示す模式図であり、図１（Ａ）は人体正面図、図１（Ｂ）は人体右側面図、図１（Ｃ）は人体背面図である。本実施例のウェアラブルデバイスは、基材となるシャツ型の衣服１１と、衣服１１の着用者１０の左の腋窩部の皮膚または左の側胸部の皮膚に接触し得るように衣服１１の裏面（着用者１０の皮膚と接触する面）に固定された電極Ｌ１，Ｌ２（小電極）と、着用者１０の右の腋窩部の皮膚または右の側胸部の皮膚に接触し得るように衣服１１の裏面に固定された電極Ｒ１，Ｒ２（小電極）とを備えている。

なお、腋窩部はいわゆる脇の下の領域を意味し、側胸部は腋窩部よりも下方の領域を意味する。人体の各部の名称については、例えば参考文献「橋本 尚詞，“看護学入門 １ 人体のしくみと働き”，ｐｐ．３−８，２０１３年」に開示されている。

衣服１１の素材は通常の衣料品で用いられる綿、羊毛等の天然繊維素材、ポリエステル、ナイロン等の合成繊維素材を何ら制限なく用いることができるが、本発明はかかる衣服１１の素材に限定されるものではない。

電極Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２を構成する導電体は、特に限定されないが、銀、銅、金、ステンレス等の金属を細線に加工して柔軟性を付与し、布帛として構成したものや、上記金属を繊維素材にメッキしたもの、あるいはカーボンファイバーや導電性高分子を繊維素材に含浸したものなどを用いることができる。特に、導電性高分子としてポリ３、４−エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）にポリスチレンスルホン酸（ポリ４−スチレンサルフォネート；ＰＳＳ）をドープしたＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを用い、この導電性高分子を繊維素材に含浸したものは、安全性、加工性の観点から電極として特に好適である。

電極Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２の衣服１１への固定方法としては、例えば電極Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２を衣服１１に縫い付ける方法、電極Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２を衣服１１に接着する方法、電極Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２を衣服１１に含浸させる方法などがある。

電極Ｌ１，Ｌ２は、配線１３を介して端末１２と電気的に接続される。同様に、電極Ｒ１，Ｒ２は、配線１４を介して端末１２と電気的に接続される。
図１（Ａ）〜図１（Ｃ）の例では、端末１２を衣服１１に固定する例を示しているが、これに限るものではなく、コネクタを介して端末１２を衣服１１に装着してもよい。この場合、端末１２を機械的に固定すると共に、電極Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２と端末１２とを電気的に接続するためのコネクタが衣服１１に取り付けられる。そして、配線１３，１４は、電極Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２とコネクタとを電気的に接続するものとなる。

配線１３，１４としては、衣服１１の裏面に導電性高分子を印刷したものや、衣服１１の裏面に導電性樹脂のフィルムを貼り付けたもの、衣服１１の裏面に導電性繊維構造物を縫い付けたもの、衣服１１の裏面に導電性繊維構造物を接着したもの等を用いることができる。このように、配線１３，１４としては、公知の配線素材を制限なく用いることができるが、着用者の動きによって変形する衣服１１上に設置されるため、配線素材自体に伸縮性があるもの（例えば、導電性ゴム）や、バネのように伸縮性のある構造・レイアウトをしているものがより望ましい。また、配線１３，１４は、電極設置部位以外の人体等からの信号を取得しないよう、絶縁体で被覆されていることが望ましい。

本実施例のウェアラブルデバイスが、着用者の心電波形等の電気的な生体信号を取得するウェアラブルデバイスの場合、電極Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２の一部は正電極であり、残りは負電極である。また、基準電極を衣服１１に設ける場合には、電極Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２のうち、一部が正電極で他の一部が負電極となり、正電極および負電極以外の電極が基準電極となる。また、正電極と負電極が受信する信号から求めた中間電位を基準電位としてもよいし、端末１２の回路のＧＮＤ電位を基準電位としてもよい。端末１２は、電極Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２を介して取得した心電波形等の生体信号を外部機器へ無線送信する。なお、端末１２内で必要に応じて各種の信号処理を行ってもよい。

本実施例のウェアラブルデバイスが、例えば感覚提示のために着用者に電気刺激を与えるウェアラブルデバイスの場合、電極Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２の一部は正電極であり、残りは負電極である。端末１２は、正電極と負電極間に電圧（電気刺激信号）を印加することにより、着用者に電気刺激を与える。電気刺激信号の信号パターンのパラメータとしては、電気刺激信号の極性（正極性、負極性、両極性）、電圧、波形、パルス幅、パルス間隔、パルス数、電極位置など様々なパラメータがあるが、本発明は信号パターンの種類に限定されるものではない。

本実施例のウェアラブルデバイスは、上記のとおり、着用者の身体の左側に配置される２つの電極Ｌ１，Ｌ２と、右側に配置される２つの電極Ｒ１，Ｒ２とを備えている。着用者の身体側から見た電極Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２の平面寸法は、電極Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２が平面視多角形の電極の場合、対角線の長さの最大値が５ｃｍ以内、電極Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２が平面視円形または平面視楕円形の電極の場合、径（直径または長径）の最大値が５ｃｍ以内である。
また、着用者の身体の異なる位置に電気刺激を個別に印加する複数の電極間の間隔は、３ｃｍ以上である。

本実施例では、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示した帯状の電極１０２，１０３と異なり、小さい電極Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２に分けて配置しているため、着用者は、電極Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２が体にまとわりつくような感触を持つことなく、衣服１１を着用することができる。各電極の平面寸法が５ｃｍ以内であれば、着用者の体にまとわりつく体感を抑えることができる。また、各電極同士の間は衣服１１の生地のみが存在するため、その生地の部分の伸縮性を活かすことができる。各電極Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２が互いに３ｃｍ以上離れていれば、電極Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２の素材に伸縮性がない場合でも、着用者に束縛感を与えることがない。

電極Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２は、心臓に近く心電位信号が取得しやすい、胸や背に配置されることが多い。
また、着用者に電気刺激を与えるウェアラブルデバイスの場合、２点弁別能、すなわち体表面上の２点に電気刺激を与えたとき、それらが別々の刺激によるものであると識別できる最小の距離は、胸や背では４０ｍｍ程度である（参考文献「下条誠，“ヒトの触覚のメカニズム”，電気通信大学，＜http://www.rm.mce.uec.ac.jp/sice/2006HapticsCommiteePPt.pdf＞」参照）。個人差等も考慮すると、概ね、５ｃｍ以上離れているものは２つの刺激として知覚され、３ｃｍ未満の距離にあるものは１つの刺激として知覚される、と考えられる。

したがって、各電極Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２の平面寸法が５ｃｍを超えると、着用者の身体の１点に与える意図で印加した電気刺激が複数点への電気刺激として知覚される可能性がある。
また、着用者の身体の異なる位置に電気刺激を個別に印加する電極間の間隔が３ｃｍ未満の場合、複数点の電気刺激が１点の電気刺激として知覚される可能性がある。したがって、例えば電極Ｌ１とＬ２との間に電圧（電気刺激信号）を印加し、これとは別に電極Ｒ１とＲ２との間に電圧（電気刺激信号）を印加する場合、着用者に２点の電気刺激として知覚させるためには、電極Ｌ１，Ｌ２と電極Ｒ１，Ｒ２との間に、３ｃｍ以上の間隔を設ける必要がある。

着用者の心電波形等の電気的な生体信号を取得する場合には、各電極Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２の面積は小さくても、複数の電極を配線１３，１４で繋いで１つの電極として用いることで、全体として電極の適切な面積を確保することができ、心電波形を好適に取得することができる。
図２は、本実施例のウェアラブルデバイスを着用した人から取得した心電波形の例である。図２によれば、的確に心電波形が取得されていることが分かる。

以上のように、本実施例によれば、電極が体にまとわりつくような感触を抑えることができ、ウェアラブルデバイスの着用者の不快感を低減することができる。
なお、本実施例では、電極Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２の位置の例として、腋窩部、側胸部を例に挙げて説明したが、本発明は電極の位置に限定されるものではない。
また、衣服１１は、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）に示したシャツ型の他、腹巻き型やベルト型、コルセット型等の形態をとることができる。

本発明は、生体信号を取得する技術あるいは電気刺激を与える技術に適用することができる。

１０…着用者、１１…衣服、１２…端末、１３，１４…配線、Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２…電極。

Claims (3)

1. 衣服と、
   着用者の身体と接触する前記衣服の面に固定された電極とを備え、
   前記電極は、前記着用者の生体信号を取得する複数の小電極、または前記着用者に対して電気刺激を印加する複数の小電極から構成されていることを特徴とするウェアラブルデバイス。
2. 請求項１記載のウェアラブルデバイスにおいて、
   前記着用者の身体側から見た前記小電極の平面寸法は、前記小電極が平面視多角形の電極の場合、対角線の長さの最大値が５ｃｍ以内、前記小電極が平面視円形または平面視楕円形の電極の場合、径の最大値が５ｃｍ以内であることを特徴とするウェアラブルデバイス。
3. 請求項１または２記載のウェアラブルデバイスにおいて、
   前記小電極は、前記着用者の身体の異なる位置に電気刺激を個別に印加する複数の小電極間の間隔が３ｃｍ以上であることを特徴とするウェアラブルデバイス。