JPWO2019188311A1 - 生体用電極パッド、生体信号処理装置およびそれらの組合せ - Google Patents

Abstract

弾性的に伸縮可能かつ電気的な絶縁性を有するとともに、裏面側に生体の皮膚に装着されるのに適した粘着面を有する装着シートと、装着シートの裏面側の少なくとも両端部に互いに間隔を空けて位置してその裏面側に露出する複数の電極と、装着シートの裏面側の中央部に位置して電気的に絶縁被覆されるとともにその装着シートの開口から表面側に露出する複数の接続部と、装着シートの裏面側に位置して電気的に絶縁被覆されるとともに複数の電極と複数の接続部とをそれぞれ電気的に接続する電極接続配線とを具え、それらの電極接続配線の少なくとも一つは伸縮および湾曲可能に延在していることを特徴とする生体用電極パッドである。

Description

この発明は、生体の皮膚に装着されてその皮膚から心電信号や筋電信号等の電気的な生体信号を検出する生体用電極パッドおよび、生体用電極パッドが検出した生体信号の記録や出力等の処理を行う生体信号処理装置に関するものである。

生体の皮膚に装着されてその皮膚から電気的な生体信号を検出する生体用電極パッドとしては従来、例えば非特許文献１記載のフクダ電子株式会社製イベント専用防水型エクセローデＥ（ＴＥＣ−０７ＤＥＷ）が知られている。この生体用電極パッドは、携帯型ホルター心電計に接続されてホルター心電図によるイベント検査のために用いられるものであり、中央部が少し幅広になった横長の長円状をなす装着シートの粘着面とされた下面にその長手方向で中央の一つの不感電極を挟んで両端部に二つの検出用電極が配置され、それらの電極からそれぞれ装着シートの中央部の側端付近まで導電金属製の電極接続パターンが直線的に延出され、それらの電極接続パターンに、先端部にコネクタを持つ複合リード線の基端部から出た三本のリード線がそれぞれ接続されている。

また、上述の如き生体用電極パッドが検出した生体信号の記録や出力等の処理を行う生体信号処理装置としては従来、例えば非特許文献２記載のフクダ電子株式会社製携帯型ホルター心電計（ＦＭ−１９０）が知られており、このホルター心電計は携帯ケースに収納されるとともに上記生体用電極パッドの複合リード線のコネクタを接続されて、その複合リード線および電極接続パターンを介して三つの電極に電気的に接続され、その携帯ケースはホルター心電図の検査対象の患者等の生体の腕部にベルトで装着される。

http://www.fukuda.co.jp/medical/products/holter_ecg/pdf/holter_ecg.pdf：フクダ電子株式会社平成３０年２月１５日ダウンロード「ホルター心電図検査関連用品」中第６１頁「ホルター心電図検査機器接続ガイド」および第６５頁「ホルター心電図検査用誘導コード・中継・電極コード」 http://www.fukuda.co.jp/medical/products/holter_ecg/fm_190.html：フクダ電子株式会社平成３０年２月１９日ダウンロード「デジタルホルタ記録計ＦＭ−１９０」

ところで、上記従来のシート状の生体用電極パッドでは、生体信号を検出できる範囲が狭いため充分な生体情報を得ることが困難であった。このため、装着シートを拡張して生体信号を検出できる範囲を広げることを検討したが、このようにすると、装着シートの両端部から中央部の側端付近まで直線的に延出された電極接続パターンで装着シートの伸縮が制約されて、生体用電極パッドが体動による体肢の変形に追従しきれず皮膚から剥がれ易くなり、また電極接続パターンが体動による体肢の変形に追従する伸縮で過度の部分的変形を生じて断線し易くなるという新たな問題が生じることが判明した。

また、ホルター心電図の検査対象の患者等の生体の腕部にベルトで装着される携帯ケースに収納される上記従来の携帯型ホルター心電計は、上記生体用電極パッドに複合リード線を介して接続されるため、腕の動きや体のねじり等の体動によってリード線に張力が加わって生体用電極パッドが皮膚から剥がれ易いという問題があった。

この発明は上記従来技術の課題を有利に解決するものであり、この発明の生体用電極パッドは、
生体の皮膚に装着されてその皮膚から電気的な生体信号を検出するために用いられる生体用電極パッドにおいて、
弾性的に伸縮および湾曲可能かつ電気的に絶縁性を有するとともに、裏面側に生体の皮膚に装着されるのに適した粘着面を有する装着シートと、
前記装着シートの裏面側に互いに間隔を空けて位置してその裏面側に露出する複数の電極と、
前記装着シートの裏面側の中央部に位置して電気的に絶縁被覆されるとともにその装着シートの開口から表面側に露出する複数の接続部と、
前記装着シートの裏面側に位置して電気的に絶縁被覆されるとともに前記複数の電極と前記複数の接続部とをそれぞれ電気的に接続する電極接続配線と、
を具え、
前記電極接続配線の少なくとも一つは伸縮および湾曲可能に延在していることを特徴とするものである。

また、この発明の生体信号処理装置は、
生体用電極パッドの、生体の皮膚に装着されるのに適した粘着面と複数の電極とを裏面側に有する装着シートの表面側の中央部に固定される筐体と、
前記筐体内に収容されるとともに、前記筐体および前記装着シートの中央部を貫通する接続部材を介して前記生体用電極パッドの裏面側の複数の電極の各々と電気的に接続されて、前記複数の電極により検出された生体信号の処理および処理結果の出力を行う生体信号処理回路基板と、
前記筐体内に収容されて前記生体信号処理回路基板に電源を供給する電池と、
を具えることを特徴とするものである。

この発明の生体用電極パッドにあっては、装着シートをその裏面側の粘着面で被験者の皮膚の生体信号検出位置に装着すると、その装着シートの裏面側に互いに間隔を空けて位置してその裏面側に露出する複数の電極が、被検者の皮膚から電気的な生体信号を検出し、その生体信号を、装着シートの裏面側に位置して電気的に絶縁被覆された電極接続配線が、装着シートの裏面側の中央部に位置して電気的に絶縁被覆された複数の接続部に伝達し、それらの接続部が装着シートの開口から露出する部分で、装着シートの表面側に出力する。

しかも、装着シートが、弾性的に伸縮および湾曲可能かつ電気的に絶縁性を有していることから、体動による体肢の変形に追従して伸縮および／または湾曲して皮膚との密着状態を維持し、また複数の電極と複数の接続部とをそれぞれ電気的に接続する電極接続配線の少なくとも一つが、伸縮および湾曲可能に延在していることから、体動による体肢の変形に追従する装着シートの伸縮および／または湾曲があっても電極接続配線が過度の部分的変形による断線を生じにくい。

従って、この発明の生体用電極パッドによれば、装着シートを従来よりも拡張して生体信号を検出できる範囲を広げても、体動による体肢の変形にかかわらず、複数の電極による皮膚からの生体信号の検出を長時間に亘って持続させることができる。

また、この発明の生体信号処理装置にあっては、生体用電極パッドの弾性的に伸縮可能な装着シートをその裏面側の粘着面で被験者の皮膚の生体信号検出位置に装着すると、装着シートの表面側の中央部に固定された筐体内に収容された生体信号処理回路基板が、筐体および装着シートの中央部を貫通する接続部材を介して、その生体用電極パッドの裏面側に設けられた複数の電極の各々と電気的に接続されるとともに、同じく筐体内に収容された電池から電源を供給されて、それらの電極により被験者の皮膚から検出された生体信号の処理および、その処理結果の記録媒体での記録や無線での送信等の出力を行う。

従って、この発明の生体信号処理装置によれば、生体信号処理回路基板が、生体用電極パッドの弾性的に伸縮可能な装着シートの表面側に固定された筐体内に収容されて電池から電源を供給されるとともに、筐体および装着シートの中央部を貫通する接続部材を介して、装着シートの裏面側の複数の電極の各々と電気的に接続されていて、生体信号処理回路基板と生体用電極パッドとを繋ぐ配線が外部に露出していないため、腕の動きや体のねじり等の体動があっても生体用電極パッドが皮膚から剥がれ易くなることがないので、体動による体肢の変形にかかわらず、複数の電極による皮膚からの生体信号の検出を長時間に亘って持続させることができる。

そして、この発明の生体用電極パッドとこの発明の生体信号処理装置との組合せによれば、装着シートを従来よりも拡張して生体信号を検出できる範囲を広げた生体用電極パッドを使用しても、体動による体肢の変形にかかわらず、皮膚からの生体用電極パッドの剥がれを有効に防止して、複数の電極による皮膚からの生体信号の検出を長時間に亘って持続させることができる。

なお、この発明の生体用電極パッドにおいては、前記複数の電極の各々に導電ゲルシートを積層して配置してもよく、このようにすれば電極と皮膚との間の電気抵抗を導電ゲルシートで減らして、生体信号の検出レベルを高めることができる。そしてその場合に、前記複数の電極の各々と導電ゲルシートとの何れを皮膚側に配置してもよい。また、この発明の生体用電極パッドにおいては、前記複数の電極は、不感電極と複数の検出用電極とを含んでいてもよく、このようにすれば生体信号をより容易に検出することができる。さらに、前記伸縮および湾曲可能に延在している電極接続配線は、導体が蛇腹（ベローズ）状に湾曲して延在していてもよく、または導体が繊維状をなして網目状もしくは鎖状もしくは織布や不織布等の布状に延在していてもよく、または導体が導電性ゴム状弾性材料で形成されていてもよい。このようにすれば、電極接続配線が皮膚に沿って容易に伸縮および湾曲することができる。

さらに、この発明の生体用電極パッドにおいては、前記装着シートの裏面側に、その装着シートよりも小さい寸法を有してその装着シートの周辺部の粘着面を露出させるとともに前記複数の電極の各々を少なくとも部分的に露出させる開口を有する被覆シートを貼り付けて、その被覆シートで前記電極接続配線と前記接続部とを被覆して装着シートに固定してもよく、このようにすれば電極接続配線および接続部の電気的な絶縁被覆を容易に構成することができるとともに、体動による体肢の変形に伴う装着シートの伸縮にかかわらず装着シートに対する電極接続配線や接続部の剥がれや位置ずれを容易に防止することができる。

一方、この発明の生体信号処理装置においては、前記筐体および前記装着シートの中央部を貫通する接続部材は、前記生体信号処理回路基板と前記接続部との少なくとも一方に分離可能に電気的に接触していてもよく、このようにすれば、筐体からの生体信号処理回路基板の着脱による電池や記録媒体の交換等を容易に行うことができる。そしてその場合に、接触部材は、生体信号処理回路基板に立設されて前記筐体を抜き差し可能に貫通する接触ピンであると、接続部に接触させることで簡単に接続できるので好ましい。

また、この発明の生体信号処理装置においては、前記筐体は、前記装着シートに固定される筐体下部と、その筐体下部に着脱可能に取り付けられる筐体上部とを有して、それら筐体下部と筐体上部とで前記生体信号処理回路基板を収容するものでもよく、あるいは前記筐体は、前記装着シートに固定される取付け用ホルダと、前記生体信号処理回路基板を収容してその取付け用ホルダに着脱可能に取り付けられる筐体本体とを有するものでもよく、または前記筐体は、前記装着シートに固定される取付け用ホルダと、前記生体信号処理回路基板を収容する筐体本体と、その筐体本体を覆うとともに前記取付け用ホルダに着脱可能に取り付けられる筐体カバーとを有するものでもよい。

（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、本発明の生体用電極パッドの一実施形態を模式的に示す平面図、正面図および下面図である。 上記実施形態の生体用電極パッドの構成を、その生体用電極パッドと組み合わされた本発明の生体信号処理装置の一実施形態の構成とともに示す分解斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は、上記実施形態の生体用電極パッドの装着シートおよび被覆シートをそれぞれ示す平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、上記実施形態の生体用電極パッドの電極シートを示す平面図および下面図である。 上記実施形態の生体信号処理装置の構成を、その生体信号処理装置の筐体下部が上記実施形態の生体用電極パッドの装着シートの表面側に固着された状態で示す分解斜視図である。 （ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記実施形態の生体信号処理装置の筐体を構成する筐体下部を示す平面図、正面図および下面図である。 （ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記実施形態の生体信号処理装置の筐体を構成する筐体上部を示す平面図、正面図および下面図である。 （ａ）および（ｂ）は、上記実施形態の生体信号処理装置の生体信号処理回路基板をそこに立設された接続部材としての接触ピンとともに示す平面図および下面図である。 上記生体信号処理回路基板の接触ピンと上記電極シートの接続部との接続状態を示す斜視図である。 （ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記実施形態の生体信号処理装置の筐体の構成および他の二種類の構成例をそれぞれ示す説明図である。 （ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記実施形態の生体用電極パッドの電極接続配線の他の三種類の構成例をそれぞれ部分的に示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を実施例によって、図面に基づき詳細に説明する。ここに、図１（ａ），図１（ｂ）および図１（ｃ）は、本発明の生体用電極パッドの一実施形態を模式的に示す平面図、正面図および下面図であり、図２は、上記実施形態の生体用電極パッドの構成を、その生体用電極パッドと組み合わされた本発明の生体信号処理装置の一実施形態の構成とともに示す分解斜視図であり、図３（ａ）および図３（ｂ）は、上記実施形態の生体用電極パッドの装着シートおよび被覆シートをそれぞれ示す平面図であり、図４（ａ）および図４（ｂ）は、上記実施形態の生体用電極パッドの電極シートを示す平面図および下面図である。

この実施形態の生体用電極パッドは、生体としての被験者の皮膚に装着されてその皮膚から電気的な生体信号としての心電信号を検出するために用いられるものであって、弾性的に伸縮および湾曲可能かつ電気的に絶縁性を有するとともに裏面側に生体の皮膚に装着されるのに適した粘着面を有する、中央部が側方に膨出した概略長円状の樹脂製の装着シート１と、装着シート１の裏面側の中央部に位置してその裏面側に露出する不感電極２と、装着シート１の裏面側の両端部にそれぞれ位置して不感電極２と一緒に同一直線上に並びその裏面側に露出する二つの検出用電極３と、装着シート１の裏面側の中央部で不感電極２の近傍に位置して電気的に絶縁被覆されるとともにその装着シート１の開口１ａから表面側に露出する、各々不感電極２を挟んで交差方向に組になった二つの接続部４および二つの接続部５と、装着シート１の裏面側に位置して電気的に絶縁被覆されるとともに不感電極２および二つの検出用電極３の各々と二組で四つの接続部４，５とをそれぞれ電気的に接続する二組で四本の電極接続配線６，７とを具えており、それら不感電極２と二つの検出用電極３とは、互いに間隔を空けて位置する複数の電極として装着シート１の裏面側に設けられ、不感電極２と二つの接続部４との間の電極接続配線６は、装着シート１の裏面側の中央部を斜めに横切って直線状に延在し、また二つの検出用電極３の各々と二つの接続部５との間の電極接続配線７は、電極接続配線６よりも長いため、装着シート１の裏面に沿って蛇腹（ベローズ）状に湾曲して伸縮および装着シート１の面直方向へ湾曲可能に延在している。

ここで、不感電極２と二つの検出用電極３とは、弾性的に伸縮および湾曲可能かつ電気的に絶縁性を有する樹脂層８の裏面上に導体層により形成され、また、二組で四つの接続部４，５と二組で四本の電極接続配線６，７とは、上記樹脂層８の表面上にそれぞれ導体層により形成され、不感電極２は二つの接続部４に、装着シート１の裏面側の中央部を斜めに横切る直線状の二本の電極接続配線６とそれらを繋ぐ中央の円形の配線とその円形の配線に設けられて樹脂層８を貫通する図示しない複数のバイアホール導体とによって接続され、また二つの検出用電極３は二つの接続部５に、二本の電極接続配線７とそれらの先端部にそれぞれ設けられて樹脂層８を貫通する図示しない複数のバイアホール導体とによって接続され、これらが電極シート９を構成している。

なお、樹脂層８を例えばポリイミドシートにより形成するとともに、樹脂層８の裏側の不感電極２と二つの検出用電極３とを構成する導体層と、樹脂層８の表側の二組で四つの接続部４，５と二組で四本の電極接続配線６，７とを構成する導体層とをそれぞれ例えカーボン印刷、銅メッキ、銅箔、銀メッキまたは銀箔等により形成してもよく、また、樹脂層８を例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムにより形成するとともに、樹脂層８の表側の二組で四つの接続部４，５と二組で四本の電極接続配線６，７とを構成する導体層をそれぞれ例えカーボン印刷、銅メッキ、銅箔等により形成し、その一方、樹脂層８の裏側の不感電極２と二つの検出用電極３とを構成する導体層を皮膚との接触で酸化しづらい例えば銀メッキまたは酸化銀メッキ等により形成してもよい。

この実施形態の生体用電極パッドでは、上記の電極シート９を装着シート１の裏面の粘着面上に、電極シート９の表面側を装着シート１の裏面に向けて配置し、さらにその電極シート９の上から装着シート１の粘着面上に、装着シート１よりも小さい外形寸法を有してその装着シート１の周辺部の粘着面を露出させるとともに不感電極２および検出用電極３をそれぞれ露出させる円形の開口１０ａを有する被覆シート１０を貼り付けて、その被覆シート１０で接続部４，５と電極接続配線６，７とを被覆しつつ装着シート１に固定している。

そして、この実施形態の生体用電極パッドでは、二つの検出用電極３に皮膚に沿って変形し易いようにそれぞれ放射状の切込みを設けるとともに、不感電極２と二つの検出用電極３とにそれぞれ、それら不感電極２と検出用電極３およびそれらを露出させる被覆シート１０の開口部１０ａの各々よりも大きい円形の導電ゲルシート１１を被覆シート１０の上から積層して、不感電極２と検出用電極３とを導電ゲルシート１１の導電ゲルで覆っている。

さらに、この実施形態の生体用電極パッドでは、装着シート１の表面側の、電極シート９の四つの接続部４，５に対応する位置に、筐体２０を構成する筐体下部２１の下面の四隅の凸部が、それら四つの接続部４，５をそれぞれ部分的に装着シート１の表側に露出させる四つの開口１ａのうちの三つにその筐体下部２１の三つの貫通穴２１ａがそれぞれ対向するように位置決めされて接着固定されている。なお、筐体下部２１の下面と装着シート１の表面との間には、装着シート１の表面に接着された上記四隅の凸部以外は隙間が開いていて、被験者の皮膚から発散されて装着シート１を透過した汗を放散させ易くなっている。

筐体２０は、上記実施形態の生体信号処理装置を構成するものであり、この実施形態の生体信号処理装置はホルター心電計を構成するために、上記実施形態の生体用電極パッドと組み合わされるものである。

図５は、上記実施形態の生体信号処理装置の構成を、その生体信号処理装置の筐体下部２１が上記実施形態の生体用電極パッドの装着シート１の表面側に固着された状態で示す分解斜視図であり、図６（ａ），図６（ｂ）および図６（ｃ）は、上記実施形態の生体信号処理装置の筐体２０を構成する筐体下部２１を示す平面図、正面図および下面図であり、図７（ａ），図７（ｂ）および図７（ｃ）は、上記筐体２０を筐体下部２１とともに構成する筐体上部２２を示す平面図、正面図および下面図である。

図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、筐体下部２１は、中央部に円形の有底凹部２１ｂを持つ概略正方形の台状をなしており、その有底凹部２１ｂを囲む四隅の突部の内の三箇所にはこの筐体下部２１を上下方向に貫通する上述の貫通穴２１ａが形成され、残りの一箇所には後述する電池との接続のための図示しない電極板が設けられている。また、筐体下部２１の周囲には全周に亘る段部２１ｃが形成されており、その段部２１ｃには、図２および図５に示すように、弾性体製のシールリング２３が嵌着されている。

図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、筐体上部２２は、下側が凹んだ概略正方形の蓋状をなしており、下部の内周面が筐体下部２１の、段部２１ｃを含む下部と嵌合して筐体２０を構成するとともに、シールリング２３を筐体下部２１との間に挟み込んでそのシールリング２３により筐体２０の内部を液密にシールする。

図２および図５に示すように、筐体２０の内部には、生体信号処理回路基板２４と例えばボタン型の電池２５とが収容されており、生体信号処理回路基板２４は、概略正方形のプリント配線板上に中央処理ユニット（ＣＰＵ）やメモリや入出力回路等のＩＣチップその他の電子部品を搭載してマイクロコンピュータを構成し、あらかじめ与えられたプログラムに基づきホルター心電計として作動して、不感電極２および検出用電極３から入力する心電信号を例えば２４時間連続的に、あるいは数時間ずつ繰り返し上書きして記録するとともにその心電信号の波形を継続的に解析し、特定の波形が心電信号に生じた場合にそのことが判るように、その波形を含む一定時間分の心電信号の心電図を記録時刻とともに、例えば無線により、あるいはメモリカードのような着脱可能な記憶媒体に記録して、外部に出力する。そして電池２５は、筐体２０の内部に着脱可能に配置されて、生体信号処理回路基板２４に少なくとも上記の作動を可能にする電力を供給する。

ここで、生体信号処理回路基板２４の四隅のうちの三箇所の下面には、不感電極２および二つの検出用電極３に電極接続配線６，７を介して繋がる接続部５と上記マイクロコンピュータの入出力回路との間の電気的接続のために、筐体下部２１および装着シート１の中央部を貫通して生体信号処理回路基板２４と接続部５との少なくとも一方に分離可能に電気的に接続する接続部材として、三本の接触ピン２４ａがそれぞれ突設されており、これら三本の接触ピン２４ａは、筐体下部２１を上下方向に貫通する三つの貫通穴２１ａにそれぞれ抜き差し可能に挿通されて装着シート１の開口１ａを通り、四つの接続部５のうちの三つに接触している。

三本の接触ピン２４ａのうちの、生体信号処理回路基板２４の対角線上の隅部に位置する二本の接触ピン２４ａは、二つの検出用電極３に繋がる二つの接続部５に電気的に接続され、残りの隅部に位置する一本の接触ピン２４ａは、不感電極２に繋がる二つの接続部５のうちの一つに電気的に接続される。

なお、一つの不感電極２に繋がる接続部５が二つ設けられているのは、筐体下部２１を装着シート１に接着固定する際に、筐体下部２１の対角線上の二つの貫通穴２１ａが，二つの検出用電極３に繋がる二つの接続部５に対向していれば、筐体下部２１の向きが１８０度回転していても残る一つの貫通穴２１ａが、不感電極２に繋がる二つの接続部５の何れかに対向し、筐体下部２１の三つの貫通穴２１ａに三本の接触ピン２４ａが入る向きで生体信号処理回路基板２４を筐体２０内に収容すれば、それら三本の接触ピン２４ａが所定の接続部５にそれぞれ確実に接続されるからである。

上記実施形態の生体用電極パッドにあっては、装着シート１をその裏面側の粘着面で被験者の皮膚の心電信号検出位置に貼り付け装着すると、その装着シート１の裏面側の中央部に位置してその裏面側に露出する一つの不感電極２とその装着シート１の両端部にそれぞれ位置してその裏面側に露出する二つの検出用電極３とが、被検者の皮膚から心電信号を検出し、その心電信号を、装着シート１の裏面側に位置して電気的に絶縁被覆された電極接続配線６，７が、装着シート１の裏面側の中央部で不感電極２の近傍に位置して電気的に絶縁被覆された二組で四つの接続部４，５に伝達し、それらの接続部４，５が装着シート１の開口１ａから露出する部分で、装着シート１の表面側に出力する。

また、上記実施形態の生体用電極パッドにあっては、装着シート１が、弾性的に伸縮および湾曲可能かつ電気的に絶縁性を有していることから、体動による体肢の変形に追従して伸縮および／または湾曲して皮膚との密着状態を維持し、しかも二つの検出用電極３の各々と二つ接続部５との間の電極接続配線７が、蛇腹（ベローズ）状に湾曲して伸縮および湾曲可能に延在していることから、体動による体肢の変形に追従する装着シート１の伸縮および／または湾曲があっても電極接続配線が過度の部分的変形による断線を生じにくい。

従って、この実施形態の生体用電極パッドによれば、装着シート１を従来よりも拡張して心電信号を検出できる範囲を広げても、体動による体肢の変形にかかわらず、不感電極２と検出用電極３とによる皮膚からの心電信号の検出を長時間に亘って持続させることができる。

また、上記実施形態の生体信号処理装置にあっては、生体用電極パッドの弾性的に伸縮可能な装着シート１をその裏面側の粘着面で被験者の皮膚の心電信号検出位置に装着すると、装着シート１の表面側の中央部に固定された筐体２０内に収容された生体信号処理回路基板２４が、筐体２０および装着シート１の中央部を貫通する接続ピン２４ａと電極シート９上の電極接続配線６，７とを介して、その生体用電極パッドの裏面側に設けられた不感電極２および二つの検出用電極３の各々と電気的に接続されるとともに、同じく筐体２０内に収容された電池２５から電源を供給されて、それらの不感電極２および検出用電極３により被験者の皮膚から検出された心電信号の解析および記録処理と、その処理結果の、メモリカード等の記憶媒体での記録および無線での送信の少なくとも一方による外部への出力を行う。

従って、上記実施形態の生体信号処理装置によれば、生体信号処理回路基板２４が、生体用電極パッドの弾性的に伸縮可能な装着シート１の表面側に固定された筐体２０内に収容されて電池２５から電源を供給されるとともに、筐体２０および装着シート１の中央部を貫通する接続ピン２４ａと装着シート１の裏面側の接続部５および電極接続配線６，７とを介して、装着シート１の裏面側の不感電極２および二つの検出用電極３の各々と電気的に接続されていて、生体信号処理回路基板と生体用電極パッドとを繋ぐ配線が外部に露出していないため、腕の動きや体のねじり等の体動があっても生体用電極パッドが皮膚から剥がれ易くなることがないので、体動による体肢の変形にかかわらず、不感電極２と検出用電極３とによる皮膚からの心電信号の検出を長時間に亘って持続させることができる。

そして、この実施形態の生体用電極パッドとこの実施形態の生体信号処理装置との組合せによれば、装着シート１を従来よりも拡張して心電信号を検出できる範囲を広げた生体用電極パッドを使用しても、体動による体肢の変形にかかわらず、皮膚からの生体用電極パッドの剥がれを有効に防止して、不感電極２と検出用電極３とによる皮膚からの心電信号の検出を長時間に亘って持続させることができる。

さらに、この実施形態の生体用電極パッドによれば、不感電極２および二つの検出用電極３の各々に導電ゲルシート１１を積層して配置しているので、電極２，３と皮膚との間の電気抵抗を導電ゲルシート１１で減らして、心電信号の検出レベルを高めることができる。なお、この実施形態の生体用電極パッドでは、不感電極２および検出用電極３の各々と導電ゲルシート１１との何れを皮膚側に配置して皮膚に接触させてもよい。

さらに、この実施形態の生体用電極パッドによれば、装着シート１の裏面側に、その装着シート１よりも小さい寸法を有してその装着シート１の周辺部の粘着面を露出させるとともに不感電極２および二つの検出用電極３の各々を全体的に露出させる開口１０ａを有する被覆シート１０を貼り付けて、その被覆シート１０で電極接続配線６，７と接続部５とを被覆して装着シート１に固定しているので、電極接続配線６，７および接続部５の電気的な絶縁被覆を容易に構成することができるとともに、体動による体肢の変形に伴う装着シート１の伸縮にかかわらず装着シート１に対する電極接続配線６，７や接続部５の剥がれや位置ずれを容易に防止することができる。

一方、上記実施形態の生体信号処理装置によれば、生体信号処理回路基板２４が、その生体信号処理回路基板２４の下面に立設されて筐体２０および装着シート１の中央部を抜き差し可能に貫通し、接続部５に電気的に接触する接触ピン２４ａを有しているので、筐体２０からの生体信号処理回路基板２４の着脱による電池２５や記録媒体の交換等を容易に行うことができる。

なお、上記実施形態の生体信号処理装置においては、筐体２０は、図１０（ａ）の上部および下部に示すように、装着シート１に固定される筐体下部２１と、その筐体下部２１に着脱可能に取り付けられる筐体上部２２とを有して、それら筐体下部２１と筐体上部２２とで生体信号処理回路基板２４を収容しているが、この発明の生体信号処理装置における筐体２０は、図１０（ｂ）の上部および下部に示すように、装着シート１に固定される取付け用ホルダ２６と、生体信号処理回路基板２４を収容してその取付け用ホルダ２６に着脱可能に取り付けられる筐体本体２７とを有していてもよく、また図１０（ｃ）の上部および下部に示すように、装着シート１に固定される取付け用ホルダ２８と、生体信号処理回路基板２４を収容する筐体本体３０と、その筐体本体３０を覆うとともに取付け用ホルダ２８に着脱可能に取り付けられる筐体カバー２９とを有していてもよい。

図１１（ａ），図１１（ｂ）および図１１（ｃ）は、上記実施形態の生体用電極パッドの電極接続配線６，７の他の三種類の構成例をそれぞれ部分的に示す説明図であり、図１１（ａ）の電極接続配線では、銅線等からなる多数の線状の繊維状導体３０が互いに交差するとともにそれらの交点で互いに溶着等により電気的に接続されて網目状をなすものを用い、図１１（ｂ）の電極接続配線では、銅線等からなる多数のリング状の繊維状導体３０が互いに組み合わされるとともにそれらの接点で互いに溶着等により電気的に接続されて鎖状をなすものを用い、そして図１１（ｃ）の電極接続配線では、銅線等からなる多数の波形の繊維状導体３０が同様に銅線等からなる多数の線状の繊維状導体３０で連結されるとともにそれらの連結点で互いに電気的に接続されて織布状あるいは不織布状等の布状をなすものを用いており、これらの何れかが不感電極２と二つの接続部４との間の電極接続配線６および／または二つの検出用電極３の各々と二つの接続部５との間の電極接続配線７として伸縮および湾曲可能に延在する。

以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものでなく特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更し得るものであり、例えばこの発明の生体用電極パッドにおいては、不感電極を省略して電極を両端部の二つの検出用電極だけにしてもよく、あるいは検出用電極の数を三つ以上にしてもよく、その場合に中央部の不感電極を検出用電極に変えてもよい。また、それら複数の電極は同一直線上に並べて配置していなくてもよい。さらに、電極接続配線６，７の少なくとも一方は、図４または図１１（ａ）〜図１１（ｃ）に示す例に代えて、ゴム状基材内にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）等の繊維状導体が分散した導電性ゴム状弾性材料で形成された例えば薄片状の導体からなるものとしてもよい。さらに、この発明の生体用電極パッドは、心電信号の検出に代えてあるいは加えて筋電信号を検出するのに用いることもできる。そしてこの発明の生体用電極パッドは、この発明の生体信号処理装置と組み合わされる代りに、通常の生体信号処理装置にリード線を介して接続されてもよい。

また、例えばこの発明の生体信号処理装置においては、接続部材は筐体および装着シートに貫通固定されて、その下端部が接続部に常時接触するとともにその上端部が生体信号処理回路基板の回路パターンに分離可能に接触するものでもよい。そしてこの発明の生体信号処理装置は、例えばＷｉ−Ｆｉ等の無線ＬＡＮ規格に基づく無線通信回路を構成するＩＣチップを搭載し、生体用電極パッドから入力した生体信号をその無線通信回路を介して外部の通信装置に送信して、その外部の通信装置に接続したコンピュータに記録や解析等を行わせるものでもよい。そしてこの発明の生体信号処理装置は、この発明の生体用電極パッドの装着シートに筐体を固定される代りに、通常の生体用電極パッドの装着シートに筐体を固定されてもよい。

かくしてこの発明の生体用電極パッドによれば、装着シートを従来よりも拡張して生体信号を検出できる範囲を広げても、体動による体肢の変形にかかわらず、複数の電極による皮膚からの生体信号の検出を長時間に亘って持続させることができる。

また、この発明の生体信号処理装置によれば、生体信号処理回路基板と生体用電極パッドとを繋ぐ配線が外部に露出していないため、腕の動きや体のねじり等の体動があっても生体用電極パッドが皮膚から剥がれ易くなることがないので、体動による体肢の変形にかかわらず、複数の電極による皮膚からの生体信号の検出を長時間に亘って持続させることができる。

そして、この発明の生体用電極パッドとこの発明の生体信号処理装置との組合せによれば、装着シートを従来よりも拡張して生体信号を検出できる範囲を広げた生体用電極パッドを使用しても、体動による体肢の変形にかかわらず、皮膚からの生体用電極パッドの剥がれを有効に防止して、複数の電極による皮膚からの生体信号の検出を長時間に亘って持続させることができる。

１ 装着シート １ａ 開口 ２ 不感電極 ３ 検出用電極 ４，５ 接続部 ６，７ 電極接続配線 ８ 樹脂層 ９ 電極シート １０ 被覆シート １０ａ 開口 １１ 導電ゲルシート ２０ 筐体 ２１ 筐体下部 ２１ａ 貫通穴 ２１ｂ 有底凹部 ２１ｃ 段部 ２２ 筐体上部 ２３ シールリング ２４ 生体信号処理回路基板 ２４ａ 接続ピン ２５ 電池 ２６，２８ 取付け用ホルダ ２７，３０ 筐体本体 ２９ 筐体カバー ３０ 繊維状導体

Claims (13)

1. 生体の皮膚に装着されてその皮膚から電気的な生体信号を検出するために用いられる生体用電極パッドにおいて、
   弾性的に伸縮可能かつ電気的に絶縁性を有するとともに、裏面側に生体の皮膚に装着されるのに適した粘着面を有する装着シートと、
   前記装着シートの裏面側に互いに間隔を空けて位置してその裏面側に露出する複数の電極と、
   前記装着シートの裏面側の中央部に位置して電気的に絶縁被覆されるとともにその装着シートの開口から表面側に露出する複数の接続部と、
   前記装着シートの裏面側に位置して電気的に絶縁被覆されるとともに前記複数の電極と前記複数の接続部とをそれぞれ電気的に接続する電極接続配線と、
   を具え、
   前記電極接続配線の少なくとも一つは伸縮および湾曲可能に延在していることを特徴とする生体用電極パッド。
2. 前記伸縮および湾曲可能に延在している電極接続配線は、導体が蛇腹状に湾曲していることを特徴とする、請求項１記載の生体用電極パッド。
3. 前記伸縮および湾曲可能に延在している電極接続配線は、繊維状の導体が網目状もしくは鎖状もしくは布状をなしていることを特徴とする、請求項１記載の生体用電極パッド。
4. 前記伸縮および湾曲可能に延在している電極接続配線は、導体が導電性ゴム状弾性材料で形成されていることを特徴とする、請求項１記載の生体用電極パッド。
5. 前記複数の電極は、不感電極と複数の検出用電極とを含むことを特徴とする、請求項１から４までの何れか１項記載の生体用電極パッド。
6. 前記複数の電極の各々に、導電ゲルシートを積層して配置していることを特徴とする、請求項１から５までの何れか１項記載の生体用電極パッド。
7. 前記装着シートの裏面側に、その装着シートよりも小さい寸法を有してその装着シートの周辺部の粘着面を露出させるとともに前記複数の電極の各々を少なくとも部分的に露出させる開口を有する被覆シートを貼り付けて、その被覆シートで前記電極接続配線と前記接続部とを被覆して装着シートに固定していることを特徴とする、請求項１から６までの何れか１項記載の生体用電極パッド。
8. 生体用電極パッドの、生体の皮膚に装着されるのに適した粘着面と複数の電極とを裏面側に有する装着シートの表面側の中央部に固定される筐体と、
   前記筐体内に収容されるとともに、前記筐体および前記装着シートの中央部を貫通する接続部材を介して前記生体用電極パッドの裏面側の複数の電極の各々と電気的に接続されて、前記複数の電極により検出された生体信号の処理および処理結果の出力を行う生体信号処理回路基板と、
   前記筐体内に収容されて前記生体信号処理回路基板に電源を供給する電池と、
   を具えることを特徴とする生体信号処理装置。
9. 前記筐体および前記装着シートの中央部を貫通する接続部材は、前記生体信号処理回路基板と前記接続部との少なくとも一方に分離可能に電気的に接触していることを特徴とする、請求項８記載の生体信号処理装置。
10. 前記筐体は、前記装着シートに固定される筐体下部と、その筐体下部に着脱可能に取り付けられる筐体上部とを有して、それら筐体下部と筐体上部とで前記生体信号処理回路基板を収容することを特徴とする、請求項８または９記載の生体信号処理装置。
11. 前記筐体は、前記装着シートに固定される取付け用ホルダと、前記生体信号処理回路基板を収容してその取付け用ホルダに着脱可能に取り付けられる筐体本体とを有することを特徴とする、請求項８または９記載の生体信号処理装置。
12. 前記筐体は、前記装着シートに固定される取付け用ホルダと、前記生体信号処理回路基板を収容する筐体本体と、その筐体本体を覆うとともに前記取付け用ホルダに着脱可能に取り付けられる筐体カバーとを有することを特徴とする、請求項８または９記載の生体信号処理装置。
13. 請求項１から７までの何れか１項記載の生体用電極パッドと請求項８から１２までの何れか１項記載の生体信号処理装置との組合せ。
    
    

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