JP3923861B2

JP3923861B2 - 生体電極

Info

Publication number: JP3923861B2
Application number: JP2002194534A
Authority: JP
Inventors: 浩一斎藤; 真一川村; 明見沢; 正義石田
Original assignee: Fukuda Denshi Co Ltd
Current assignee: Fukuda Denshi Co Ltd
Priority date: 2002-07-03
Filing date: 2002-07-03
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2022-07-03
Also published as: JP2004033468A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は生体信号取得用の電極（生体電極）に関し、特に、ケーブルが不要で、使い捨ての可能な生体電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、心電計を代表とする生体信号取得装置においては、被検者の皮膚表面の電位を検出するための生体電極が用いられている。このような生体電極には様々な構成のものが存在するが、大きく分けて、被検者の皮膚に取り付ける電極部分と、電極部分と生体信号取得装置との間を接続するケーブル（リードとも言う）とが一体化したもの（一体型）と、電極部分とケーブル部分を着脱可能な構成とし、電極部分を使い捨て可能にしたもの（分離型）が存在する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、いずれの構成にしてもケーブル部分は複数の被検者に対して繰り返し用いられる。ケーブルは通常十分な耐久性を持つように設計されてはいるものの、断線の可能性を無くすことはできない。また、例えばホルタ心電計等を用いた心電信号の取得のように、日常生活における長時間の取得を行う場合、ケーブルを装着した状態で日常生活を送らねばならないため、装着感を改善するために細いケーブルを使用する場合が多い。ケーブルが細い上、日常生活において被検者は様々な***を取るため、断線の可能性は安静時の信号取得に用いられるケーブルよりも高くならざるを得ない。しかも、万一断線に気づかずに生体信号の取得を行ってしまった場合、再度取得をやり直さねばならなくなることもあり、被検者の負担が増すという問題もある。
【０００４】
さらに、従来の分離型生体電極では、電極部分をそれぞれケーブルに接続する必要があり、接続操作が煩雑であった。
また、従来の生体電極においては、被検者の体格差をカバーするため、ケーブル部分が長めになるよう設計されており、着脱時にケーブルが絡まったり、着替えを行う場合などに煩わしいという問題もあった。
また、特に一体型生体電極では、同一電極を複数の被検者に繰り返し用いるため、被検者が変わる毎にケーブルの清掃等のメンテナンスが必要であった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような従来技術の問題点を解決するため、本発明による生体電極は以下の構成を備える。
すなわち、被検者の体表面に装着し、被検者の生体信号を取得するための生体電極であって、導電パターンが設けられた樹脂フィルムと、導電パターン上に、樹脂フィルムと対向させて設けられた伸縮性のベースとを有し、導電パターンが、生体信号を検出するための複数の電極部と、当複数の電極部に一端を接続された複数の配線部とから形成され、複数の電極部が、１つの中央電極部と複数の周辺電極部からなり、複数の周辺電極部に対応した複数の配線部が、その他端から中央電極部近傍に至る区間においては中央電極部に対応した配線部と並行かつ近接して配置されると共に、中央電極部近傍から複数の周辺電極部へ至る区間においては他の周辺電極部に対応した配線部と異なる方向に延びるように配置され、複数の周辺電極部に対応した複数の配線部の、中央電極部近傍から複数の周辺電極部へ至る区間の少なくとも一部が蛇行形状を有し、かつ当蛇行形状を有する配線部に設けられるベースが、互いに独立して伸縮可能であることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明をその好適な実施形態に基づき詳細に説明する。なお、以下、ホルタ心電計に用いる生体電極に本発明を適用した場合を例に説明するが、本発明は他の心電計はもとより、心電信号以外の生体信号の取得に用いられる生体電極に対しても適用可能である。
【０００７】
■（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る生体電極を被検者への装着面側から見た構成例を示す平面図である。図１に示す生体電極は、１ｃｈの誘導信号を取得するための生体電極であり、中心電極部３０と、中心電極部３０から延びる２つの周辺電極部１０を有している。なお、詳細は後述するが、各電極部に設けられた電極は電気的には接続されていない。すなわち、周辺電極部１０の配線は中心電極部３０上を通ってはいるが、各配線は互いに絶縁されている。各電極部からの配線は末端部４０に集められ、直接、あるいは他のケーブルを介して心電計のコネクタに接続される。
【０００８】
各周辺電極部１０は中心電極部３０と伸縮配線部２０によって接続されている。なお、図１において、伸縮配線部２０の導電パターンは、実際にはベース１１の裏側（非装着面側）に貼りつけられているため、ベース１１を透して見えるものである。
【０００９】
図２は図１における周辺電極部１０と、伸縮配線部２０の詳細な構成例を示す平面図、図３は図２のＡ−Ａ断面図である。図２は、図１とは反対に、被検者の非装着面側から見た平面図となっている。
【００１０】
本実施形態において、周辺電極部１０と伸縮配線部２０は、共通のベース１１に設けられている。ベース１１は薄く、伸縮性を有し、かつ肌に触れた場合刺激が少ない柔らかな素材であることが好まく、例えばＰＥＴ、レーヨン、ウレタン等を用いた不織布を用いることが可能である。ベース１１には導電パターン２３が印刷された保護フィルム１２が接着剤（図示せず）により貼り付けられている。導電パターンは例えば銀と塩化銀の合金であり、また保護フィルムは例えば厚さ１００μｍ程度の樹脂フィルム、例えばＰＥＴフィルムを用いることができる。
【００１１】
導電パターン２３の先端は電極１３を形成し、電極１３は周辺電極部１０の略中央に位置するように構成されている。ベース１１の、電極１３とその近傍に対応する領域は略円形に切り抜かれており、電極１３が露出するようになっている。また、電極１３上には導電性のゲル１４が設けられている。従って、電極の装着時にはゲル１４が被検者の皮膚に密着し、装着部位の生体信号はゲル１４を介して電極１３へ伝導し、さらに導電パターン２３を通じて伝達される。ベース１１の装着面側、ゲル１４の周囲には、装着をより確実にするための粘着剤１５が塗布されている。粘着剤１５は例えばシリコン系粘着剤である。
【００１２】
導電パターン２３の、伸縮配線部２０に対応する部分は、図示するように蛇行形状を有しており、保護フィルム１２も導電パターン２３に対応した蛇行形状を有している。ベース１１が伸縮性を有し、導電パターン２３及びその保護フィルム１２が蛇行形状を有することにより、伸縮配線部２０は導電パターン２３が破断することなく、ベース１１の伸縮に合わせて伸縮可能である。
【００１３】
伸縮配線部２０に設ける導電パターン２３とその保護フィルム１２の形状は導電パターン２３が判断することなく伸縮可能であれば任意の形状であってよく、例えば図４に示すようにより緩やかな蛇行形状であっても良い。蛇行の程度は対応すべき配線長（中心電極部３０に対し、周辺電極部１０が到達可能であるべき距離の範囲）によって適宜定めることができる。すなわち、広い範囲の配線長に対応すべき場合には、導電パターン２３が長くなるよう、大きく蛇行させたり、また蛇行の頻度を高くすればよい。また、逆に狭い範囲の配線長に対応すればよい場合には、より直線に近い、緩やかに蛇行した導電パターン２３を採用することができる。
【００１４】
また、図５に示すように、導電パターン２３の蛇行部分に対応してベース１１に切れ込み２４を設けることにより、ベース１１の素材が有する伸縮性を超える配線長に対応することも可能である。なお、切れ込み２４を蛇行部分毎に設けるのではなく、所定数毎に設けたり、切れ込みを設ける範囲と設けない範囲を設けるなどの変更も任意に行うことができる。
【００１５】
さらに、伸縮配線部２０に設けられる導電パターン２３全部が蛇行している必要は必ずしも無く、図６に示すように、部分的に蛇行させても良い。ただし、蛇行していない部分の導電パターン２３が、ベース１１の伸張時に加わる張力によって破断しないよう、ベース１１を伸縮性のあまり高くない素材で構成する等の考慮を行うことが望ましい。
【００１６】
また、図７に示すように、蛇行部分に対応する保護フィルム１２において、特に外側に位置する曲がり角Ａの形状は丸みを持たせることが好ましい。鋭角な形状を有する保護フィルム１２を用いた場合、被検者の肌に刺激を与え、装着感を悪化させる虞がある。内側に位置する曲がり角Ｂについては、丸みを持たせても持たせなくてもよい。
【００１７】
次に、中央電極部３０及び末端部４０の構成を、図８を参照して説明する。図８（ａ）は中央電極部３０の装着面側から見た拡大平面図、図８（ｂ）は中央電極部３０から末端部４０へ至る部分の断面図である。
【００１８】
中央電極部３０の構成は基本的に図３を用いて説明した周辺電極部１０と同一であるが、保護フィルム１２に印刷される配線パターンが中央電極部３０の電極１３だけでなく、周辺電極部１０へ延びる導電パターン２３を含んでいる点が大きく異なる。周辺電極部１０へ延びる導電パターン２３は、電極１３を露出させるために中央電極部３０の中央に設けられた、ベース１１の開口部周囲に沿って末端部４０へ引き回される。導電パターン２３が印刷される保護フィルム１２は絶縁体であるため、同一保護フィルム上に印刷される、末端部から各電極部へ延びる３本の導電パターンは互いに絶縁されている。
【００１９】
中央電極部３０から末端部４０に至る部分にはベース１１が存在しないため、導電パターン２３の露出を防止するために絶縁層３２が例えばコーティングにより設けられている。絶縁層３２は末端部４０の、心電計又は心電計接続用のコネクタ変換ケーブルと電気的に接続されるコネクタ部分には設けられない。また、コネクタ部分を補強するため、裏面には補強部材４１が貼り付けられる。挿入面マーク４２は、絶縁層３２表面に印刷されるマークであり、心電計又は心電計接続用コネクタ変換ケーブルへの挿入方向を明示している。
【００２０】
このような生体電極は、例えば次のような工程で製造することが可能である。すなわち、保護フィルム１２に生体電極全体の導電パターンを印刷し、型抜きする。一方、各電極部とこれらを接続する伸縮配線部２０に対応する形状のベース１１を作成する。電極用の開口部も設けておく。そして、保護フィルム１２の導電パターン２３形成面に接着剤を塗布し、ベース１１と接着する。ゲル１４や粘着剤１５、絶縁層３２、補強部材４１は適切なタイミングで設ければよい。そして、最後に、ゲル１４と粘着剤１５を覆う剥離フィルムを取り付ける。
【００２１】
あるいは、中央電極部３０と末端部４０を１つの部品（中央電極部品）、伸縮配線部２０と対応する周辺電極部１０を１つの部品（周辺電極部品）として作成し、例えば図１に示すＬ字形の生体電極とする場合には中央電極部品に２つの周辺電極部品を取り付けることによっても製造が可能である。中央電極部品と周辺電極部品とは、導電パターンが導通するように保護フィルム相互を融着することにより接着することが可能である。
【００２２】
次に、本実施形態に係る生体電極の使用方法について図９を用いて説明する。本実施形態に係る生体電極は、例えば図９（ａ）に示すように、中央電極部３０から横方向に延びる周辺電極部１０を中央電極部３０上に折り畳んだ状態で提供される。
【００２３】
まず、上部に位置する周辺電極部１０の剥離フィルムを剥がし、胸骨上端部に貼り付ける。そして、中央電極部３０を自然に垂れ下がった位置に貼り付ける（図９（ｂ））。次に、もう一方の周辺電極部１０の剥離フィルムを剥がし、左胸側面に貼り付ける（図９（ｃ））。この場合、中央電極部３０は不関電極として機能する。
【００２４】
このように生体電極を装着した後、末端部４０を心電計のコネクタ又は、心電計のコネクタに一端を接続されたコネクタ変換ケーブルの他端に挿入する。コネクタ変換ケーブルは、本実施形態に係る生体電極のコネクタ部形状を、任意形状及びピン配置のコネクタに変換するケーブルであり、この変換ケーブルを用いることにより、従来の生体電極に適合した心電計に本実施形態に係る生体電極を使用することが可能になる。
【００２５】
このように、本実施形態に係る生体電極は、簡便な構成で使い捨てすることが可能である。そのため、従来の一体型生体電極のようなケーブル清掃等のメンテナンスが不要であり、手間が掛からない上、衛生面においても改善される。また、電極部分とケーブル部分が一体となっているため、分離型生体電極のように電極とケーブルを個々に接続する手間が不要となる。
さらに、従来のケーブルに相当する伸縮配線部が伸縮性を有するため、様々な体型の被検者が用いてもケーブルが余ったりすることが無く、装着感が良い。また、電極相互の位置が予め大まかに決められているため、従来の生体電極に比べて電極の取り付け位置の目安がつけやすく、被検者の装着が容易である。
【００２６】
■（第２の実施形態）
第１の実施形態では、伸縮配線部２０を構成するベース１１が、蛇行する導電パターン２３の形状とは無関係な、帯形状を有していた。これに対し、本実施形態に係る生体電極は、伸縮配線部２０を構成するベース１１が、実質的に導電パターン２３の保護フィルム１２と同一の形状を有する点を特徴とする。
【００２７】
図１０は、本実施形態に係る生体電極の、周辺電極部１０及び伸縮配線部２０部分の拡大平面図である。第１の実施形態における同様の図面である図２との比較から明らかなように、本実施形態に係る生体電極のベース１１は、保護フィルム１２と実質的に同一形状を有している。
【００２８】
このように構成することにより、例えば上述の周辺電極部品を製造する場合に、導電パターン２３を印刷した保護フィルム１２と、ベース１１とを接着してから一度に型抜きすることが可能になり、製造がより容易になる。また、伸縮配線部２０の伸縮性が増すという利点がある。また、図６で説明したように、電極部を接続する導電パターン２３全部が蛇行している必要は必ずしも無く、部分的に蛇行させても良い。例えば導電パターン２３の中央部のみを蛇行させた場合の構成例を図１１に示す。
【００２９】
■（第３の実施形態）
図１２は本発明の第３の実施形態に係る生体電極の構成例を示す平面図である。本実施形態に係る生体電極は、周辺電極部１０（及び対応する伸縮配線部２０）が３つに増えている点以外は第１の実施形態に係る生体電極と同一の構成を有する。
【００３０】
すなわち、本発明に係る生体電極は、取得する生体信号の種類やチャネル数に応じて、周辺電極部１０の数と取り付け位置を任意に設定可能である。図１２に示す例では、２ｃｈの心電信号を取得することが可能である。図１３に、他の構成例を電極の配置として示す。図１３（ｄ）の電極配置を用いた場合の具体例を図１４に示す。
【００３１】
なお、図１２に示す構成において、第２の実施形態に示したような形状の伸縮配線部２０を用いることももちろん可能である。この場合の構成例を図１５に示す。
【００３２】
【他の実施形態】
上述の実施形態においては、ベース１１を同一の素材で構成した場合のみを説明したが、伸縮性が必要とされるのは原則的に伸縮配線部２０部分のみであるため、周辺電極部１０や中央電極部３０で用いられるベースは伸縮配線部２０部分のベースとは異なる材質であってもよい。
【００３３】
また、上述の実施形態においては、中央電極部３０に各周辺電極部１０が接続される構成を示したが、中央電極部３０には必ずしも電極を設ける必要はない。すなわち、各周辺電極部１０を接続する機能と、各周辺電極部１０からの導電パターン２３を末端部４０へ集める機能のみを有していても良い。
【００３４】
さらに、各電極部の外形は円形に限定されるものではなく、任意の形状を採用することが可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電極部分とケーブル部分を簡便な構成で一体化したことにより、従来必要であったケーブルを不要とし、ケーブル部分を含めて使い捨てすることが可能になり、繰り返し使用による断線を解消することができる。また、ケーブル部分に伸縮性を持たせることにより、装着感を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る生体電極の全体構成例を示す平面図である。
【図２】図１における周辺電極部１０と伸縮配線部２０の構成例を示す平面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ断面図である。
【図４】伸縮配線部２０に設ける導電パターン２３の別の形状例を示す図である。
【図５】伸縮配線部２０の別の構成例を示す図である。
【図６】伸縮配線部２０に設ける導電パターン２３のさらに別の形状例を示す図である。
【図７】伸縮配線部２０に設ける導電パターン２３の形状を説明する図である。
【図８】図１における中央電極部３０と末端部４０の構成例を示す図である。
【図９】図１に示す生体電極の取り付け手順を説明する図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る生体電極における周辺電極部１０と伸縮配線部２０の構成例を示す平面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る生体電極の別の構成例を示す平面図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る生体電極の全体構成例を示す平面図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る生体電極の他の電極配置例を示す平面図である。
【図１４】図１３（ｄ）に示す電極配置を有する生体電極の構成例を示す平面図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態に係る生体電極に第２の実施形態における伸縮配線部の構成を適用した例を示す平面図である。

Claims

被検者の体表面に装着し、前記被検者の生体信号を取得するための生体電極であって、
導電パターンが設けられた樹脂フィルムと、
前記導電パターン上に、前記樹脂フィルムと対向させて設けられた伸縮性のベースとを有し、
前記導電パターンが、前記生体信号を検出するための複数の電極部と、当該複数の電極部に一端を接続された複数の配線部とから形成され、
前記複数の電極部が、１つの中央電極部と複数の周辺電極部からなり、
前記複数の周辺電極部に対応した複数の配線部が、その他端から前記中央電極部近傍に至る区間においては前記中央電極部に対応した配線部と並行かつ近接して配置されると共に、前記中央電極部近傍から前記複数の周辺電極部へ至る区間においては他の周辺電極部に対応した配線部と異なる方向に延びるように配置され、
前記複数の周辺電極部に対応した複数の配線部の、前記中央電極部近傍から前記複数の周辺電極部へ至る区間の少なくとも一部が蛇行形状を有し、かつ当該蛇行形状を有する配線部に設けられる前記ベースが、互いに独立して伸縮可能であることを特徴とする生体電極。
前記複数の周辺電極部に対応した複数の配線部の、前記中央電極部近傍から前記複数の周辺電極部へ至る区間に設けられる前記ベースが、当該蛇行形状を有する配線部を包含する短冊形状を有することを特徴とする請求項１記載の生体電極。
前記複数の周辺電極部に対応した複数の配線部の、前記中央電極部近傍から前記複数の周辺電極部へ至る区間に設けられる前記ベースが切り込みを有することを特徴とする請求項２記載の生体電極。
前記複数の周辺電極部に対応した複数の配線部の、前記中央電極部近傍から前記複数の周辺電極部へ至る区間に設けられる前記ベースが、当該区間における前記配線部と略同形状を有することを特徴とする請求項１記載の生体電極。