專(zhuān)利名稱(chēng)：用于獲取受試者生理信號(hào)的電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于獲取受試者生理信號(hào)的電極。此外，本發(fā)明還涉及一種供在 受試者所穿的衣物上使用的織物面料和一種用于對(duì)受試者生理參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
可以從現(xiàn)有技術(shù)中獲知用于對(duì)受試者的生理參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。目前已經(jīng) 出現(xiàn)了可以在家庭中使用的用于監(jiān)測(cè)心率、呼吸和生物阻抗的系統(tǒng)。其他的系統(tǒng)，例如腦電 圖(EEG)系統(tǒng)、心電圖(ECG)系統(tǒng)或肌電圖(EMG)系統(tǒng)，則主要適于臨床使用。為了操作那些系統(tǒng)，必須使用提供與受試者皮膚接觸的電極。為了使這樣的電極 更加用戶(hù)友好并易于使用，例如在家庭環(huán)境中更加用戶(hù)友好并易于使用，已經(jīng)建議使用可 以被集成到衣物中、例如被集成到受試者內(nèi)衣中的織物電極。過(guò)去幾年間已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了不同種類(lèi)的織物電極。這些電極可以在不使用任何導(dǎo)電 膠凍或類(lèi)似物質(zhì)的情況下直接置于受試者的皮膚上。由于此類(lèi)電極容易操控，因此與主要 在臨床應(yīng)用中使用的濕電極相比此類(lèi)電極的用戶(hù)舒適度得到了明顯增強(qiáng)。已經(jīng)進(jìn)行試驗(yàn)和 測(cè)試采用了各種不同紗線(xiàn)和生產(chǎn)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)供在可穿戴衣物上使用以感測(cè)受試者生理參 數(shù)的可靠的織物電極。例如，已經(jīng)使用針織織物作為提供舒適皮膚接觸的電極材料。然而，在緯編針織織 物電極30中，紗線(xiàn)31在電極的整個(gè)表面區(qū)域上平行運(yùn)針，見(jiàn)圖1。因而，電阻在一個(gè)方向上 明顯更大，這導(dǎo)致整個(gè)電極上的不均勻電阻分布。例如，如果紗線(xiàn)沿水平方向運(yùn)針，則在沿 水平方向測(cè)量的情況下導(dǎo)電率波動(dòng)會(huì)相當(dāng)大。結(jié)果，此類(lèi)針織織物電極將由于具有干擾了 信號(hào)質(zhì)量的高噪聲水平而導(dǎo)致不良的信號(hào)質(zhì)量。另外，測(cè)試顯示出，針織電極能夠比機(jī)織電 極的保濕更好以便降低電阻。另一方面，電極20已經(jīng)使用機(jī)織面料作為電極材料，從而提供在整個(gè)電極區(qū)域上 相當(dāng)一致且均勻的電阻，這是由于該電極區(qū)域具有由紗線(xiàn)21形成矩陣的結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖2。然 而，此類(lèi)織物在與皮膚接觸期間不是非常用戶(hù)友好。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，機(jī)織織物太易磨損且表面易 于過(guò)早變形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于獲取受試者生理信號(hào)的電極，其一方面提供柔軟舒 適的皮膚接觸，而另一方面確保了高的信號(hào)質(zhì)量。根據(jù)本發(fā)明，所述目的是通過(guò)用于獲取受試者生理信號(hào)的電極來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所述電 極包括至少兩個(gè)疊置在一起的導(dǎo)電織物層，其中，第一層由機(jī)織材料制成，而具有要與受試 者的皮膚接觸的工作表面的第二層由針織材料制成。本發(fā)明的目的還可以通過(guò)供在受試者所要穿的衣物中使用的織物面料來(lái)實(shí)現(xiàn)，所 述面料適于充當(dāng)此類(lèi)電極的載體。本發(fā)明的目的還可以通過(guò)用于對(duì)受試者生理參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括此類(lèi)電極和/或包括具有此類(lèi)織物面料的衣物。本發(fā)明的核心理念是提供一種具有針織外層和機(jī)織內(nèi)層的多層導(dǎo)電織物電極以 用于獲取生理信號(hào)，如心率、ECG信號(hào)等。針織外層提供柔軟舒適的皮膚接觸以便用于讀取 生物信號(hào)，同時(shí)下面的導(dǎo)電機(jī)織層改善了針織結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電特性。機(jī)織層的矩陣結(jié)構(gòu)降低并 統(tǒng)一了與皮膚接觸的針織層的整個(gè)表面區(qū)域上的電阻，并且降低了噪聲水平。電阻和噪聲 水平降低的結(jié)果是改善了信號(hào)讀取的精確度和一致性。這反過(guò)來(lái)降低了所需監(jiān)測(cè)軟件的復(fù) 雜性并使得整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)更加容易實(shí)現(xiàn)以及更加可靠。由于根據(jù)本發(fā)明的電極適于集成到織物或衣物中，因此其操控舒適度很高，并且 使用此類(lèi)電極的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)適合對(duì)電生理信號(hào)和其他參數(shù)進(jìn)行長(zhǎng)期的連續(xù)監(jiān)測(cè)。因?yàn)楸景l(fā)明 所建議的電極的魯棒性很好，所以與現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)相比所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)更加耐用和可靠。根據(jù)配置和電子設(shè)備，改善的質(zhì)量使得能夠使用所述電極在醫(yī)院環(huán)境或者在家里 檢測(cè)心率、ECG、呼吸和生物阻抗或者所有這些參數(shù)的組合。與先前幾代的織物傳感器相比， 雙層導(dǎo)電織物電極大大改善了感測(cè)生物信號(hào)中的性能。本發(fā)明提供一種具有改善了測(cè)量質(zhì)量的用戶(hù)友好的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本發(fā)明優(yōu)選應(yīng)用于 以最大舒適度連續(xù)監(jiān)測(cè)電生理參數(shù)的個(gè)人健康保健領(lǐng)域。本發(fā)明的這些方面和其他方面將基于從屬權(quán)利要求所限定的實(shí)施例進(jìn)行更進(jìn)一 步闡述。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，導(dǎo)電織物層中的至少一層是通過(guò)使用包括導(dǎo)電成分和 非導(dǎo)電成分的紗線(xiàn)制成的。所述成分具體是指金屬成分和織物成分。此類(lèi)金屬紗線(xiàn)的金屬 成分優(yōu)選是不銹鋼或銀。金屬的選擇依賴(lài)于具體應(yīng)用在導(dǎo)電性與魯棒性方面的需求。相比于不銹鋼，銀的導(dǎo)電性更高。另一方面，不銹鋼比銀更魯棒。所述織物品成分 優(yōu)選是足夠魯棒以充當(dāng)金屬纖維的芯的合成成分。優(yōu)選使用聚酯或萊卡(Lycra)作為合成 成分，從而提供所述應(yīng)用所要求的同時(shí)顯示出彈性和柔軟性的粗纖維。根據(jù)具體應(yīng)用的需求，可能不僅使用單一金屬成分(不銹鋼/不銹鋼；銀/銀)。 在優(yōu)選實(shí)施例中，可以使用不銹鋼和銀兩者的組合，即導(dǎo)電層之一是由包括作為金屬成分 的不銹鋼的紗線(xiàn)制成的，而另一導(dǎo)電層是由包括作為金屬成分的銀的紗線(xiàn)制成的(不銹鋼 /銀)。如果將不銹鋼用作金屬成分，則所述紗線(xiàn)優(yōu)選包括重量百分比介于大約20與大 約30之間的不銹鋼以及重量百分比介于大約80到大約70的聚酯。更優(yōu)選地，所述紗線(xiàn)包 括重量百分比大約30的不銹鋼以及重量百分比大約70的聚酯。使用包括重量百分比超過(guò) 30的不銹鋼的紗線(xiàn)將得到非常僵硬且不舒適的織物。上面所描述的紗線(xiàn)的使用允許長(zhǎng)期使用而不會(huì)造成皮膚刺激，并且同時(shí)允許獲得 好的信號(hào)質(zhì)量。根據(jù)本發(fā)明，使用此類(lèi)紗線(xiàn)制造的雙層電極被認(rèn)為可以比得上由100%的銀 制作的單層機(jī)織電極。所述針織層可以是緯編針織或經(jīng)編針織。所述機(jī)織層還可以應(yīng)用不同技術(shù)。優(yōu)選 地，使用可在工業(yè)應(yīng)用的針織和機(jī)織技術(shù)。所述層的厚度可以變化并依賴(lài)于具體應(yīng)用的需 求。在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，所述電極還包括適于充當(dāng)導(dǎo)電織物層支承物的支 承構(gòu)件。使用此類(lèi)支承構(gòu)件的優(yōu)點(diǎn)是，所述層可以相對(duì)于受試者的皮膚以更加精確的方式
4進(jìn)行安置，從而實(shí)現(xiàn)更好的信噪比。為此，所述支承構(gòu)件優(yōu)選具有襯墊狀的形狀，這使得所述導(dǎo)電織物層能夠在所述 支承構(gòu)件上伸展。借此，能夠獲得非常干凈和均勻的工作表面。這還進(jìn)一步降低了針織層 的電阻。被伸展開(kāi)的針織層的另一優(yōu)點(diǎn)是伸展使得所述針織層自身具有更好的導(dǎo)電性。使 用下面的機(jī)織層，導(dǎo)電性進(jìn)一步得到顯著改善。優(yōu)選地，所述支承構(gòu)件是有可撓的。使用有可撓支承構(gòu)件的主要優(yōu)點(diǎn)是，由于其可 撓性，能夠保證所述電極的工作表面永遠(yuǎn)與受試者的皮膚接觸，即使所述電極的佩戴者移 動(dòng)。為此，所述支承構(gòu)件優(yōu)選由硅膠制成，硅膠不僅可撓，而且還重量輕、便宜。然而，所述 支承構(gòu)件也可以使用其他替代材料，例如泡沫或任何其他可撓，優(yōu)選無(wú)毒、可清洗和輕質(zhì)的 材料。具有襯墊狀形狀的支承構(gòu)件主要負(fù)責(zé)織物電極層與皮膚間的接觸在人移動(dòng)時(shí)處 于最佳狀態(tài)。所述支承物必須可撓并且應(yīng)當(dāng)保證導(dǎo)電層始終穩(wěn)定抵在皮膚上。由于變化的 皮膚接觸所引起的運(yùn)動(dòng)偽跡嚴(yán)重干擾了信號(hào)質(zhì)量，因此所述支承構(gòu)件展示出優(yōu)選大約5mm 到大約10mm的厚度，這依賴(lài)于所述電極將要被安放在人體的哪個(gè)部位。例如如果所述電極 置于內(nèi)衣上，則10mm的厚度會(huì)使人感到不舒服，然而置于胸部的襯衣上時(shí)則是可接受的。 選擇所述厚度使得達(dá)到信號(hào)質(zhì)量與舒適度之間的最佳折衷。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述電極附接到打算用在受試者所要穿的衣物中的織 物面料或布料上。所述面料充當(dāng)電極的載體。為此，所述面料優(yōu)選包括適于與所述電極的 第二層工作表面大小相配合的開(kāi)口。換句話(huà)說(shuō)，將所述電極通過(guò)所述開(kāi)口插入所述面料并 隨后連接到所述面料上。優(yōu)選地，所述電極的支承構(gòu)件以這樣的方式安置到面料上，即使得縱剖面升高，這 在將所述電極集成到面料中時(shí)提供更好的皮膚接觸。再次，這改善了電極的信號(hào)質(zhì)量。優(yōu)選地，通過(guò)鎖縫或通過(guò)熱粘合，優(yōu)選通過(guò)超聲焊接將所述電極的所述層連接到 面料。這些工業(yè)工序快速、魯棒且保持整個(gè)生產(chǎn)成本較低。優(yōu)選地，所述面料由非伸展性材料制成，以確保在各層之間的接觸最佳并維持恒 定的表面區(qū)域。因此，一旦所述電極連接到所述面料，它不會(huì)不經(jīng)意地滑動(dòng)或移位，這將導(dǎo) 致更加精確的信號(hào)讀取。


本發(fā)明的這些方面和其他方面將在下文中通過(guò)舉例的方式參考實(shí)施例和附圖進(jìn) 行詳細(xì)描述，在附圖中圖1示出了緯編針織結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2示出了平紋編織結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3示出了集成到面料中的電極的頂視圖；以及圖4示出了電極沿截面IV-IV的橫截面視圖。附圖標(biāo)記1.電極2.第一層3.第二層
4.工作表面
5.襯墊
6.開(kāi)口
7.面料
8.覆蓋元件
9.邊界區(qū)域
10縫線(xiàn)
11線(xiàn)纜
20針織面料
21紗線(xiàn)
30機(jī)織面料
31紗線(xiàn)
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的電極1適于獲取受試者的生理信號(hào)，該電極可以用于ECG監(jiān)測(cè)系統(tǒng) (未示出)。電極1包括兩個(gè)疊置在一起的導(dǎo)電織物層2、3，其中，第一層2由機(jī)織材料(見(jiàn) 圖2)制成，而具有要與受試者皮膚(未示出)接觸的工作表面4的第二層3由針織材料 (見(jiàn)圖1)制成。第一層2確保柔軟的皮膚接觸和改善的耐磨性，而第二層3使得在電極1 的整個(gè)工作表面4上具有均勻的導(dǎo)電率。導(dǎo)電織物層2、3這兩者都是通過(guò)使用含有不銹鋼和聚酯的紗線(xiàn)制成的。所述紗線(xiàn) 包括大約30%的不銹鋼和大約70%的聚酯。兩層2、3在作為支承構(gòu)件的可柔韌硅膠襯墊5上伸展或拉伸。將所述層2、3以及 襯墊5通過(guò)開(kāi)口 6插入織物面料7中，所述開(kāi)口適于與第二層3的工作表面4的大小相配 合。由此，將電極1安置在面料7的開(kāi)口 6中，從而使得可以接近該工作表面4。織物面料 7由諸如棉線(xiàn)的非伸展性材料制成。為了將襯墊5保持在其最終位置，提供了附加的覆蓋元 件8，以覆蓋襯墊5的底側(cè)并朝所述層2、3的邊緣延伸。例如，覆蓋元件8例如可以是一片 優(yōu)選為非導(dǎo)電的織物面料。隨后，將所述層2、3在襯墊5周?chē)倪吔鐓^(qū)域9和覆蓋元件8的延伸邊緣通過(guò)若 干縫線(xiàn)10縫合到面料7上。在圖4中僅僅示出了在電極1 一側(cè)的縫線(xiàn)。優(yōu)選地，將所述層 2、3和覆蓋元件8沿其的外邊緣進(jìn)行縫合以便防止所述層2、3磨損。根據(jù)面料7的厚度來(lái) 選擇襯墊5的高度，從而可以保證在工作表面4和皮膚之間的永久接觸。在圖示的最終位 置，襯墊5高出面料7，這導(dǎo)致工作表面4的位置得以升高。在所述層2、3鄰近開(kāi)口 6的邊界區(qū)域9，將線(xiàn)纜11連接到電極1。優(yōu)選使用鎖縫、 熱粘合(例如超聲焊接)或另一合適的技術(shù)，將線(xiàn)纜11連接到導(dǎo)電層2、3的左或右邊。優(yōu) 選地將所述層2、3這兩者都連接到線(xiàn)纜11。線(xiàn)纜11優(yōu)選由導(dǎo)電織物制成。線(xiàn)纜11將電極 1連接到監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電子設(shè)備(未示出)上。代替連接線(xiàn)纜11的是，可能使用射頻發(fā)射裝 置向外部監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。然后將作為電極1的載體的面料7用于受試者所要穿的衣物中或用作衣物的一部 分。電極1和衣物可以分別進(jìn)行生產(chǎn)和組裝。電極1的引入并不限于衣物設(shè)計(jì)。電極1可以被固定于衣物的任意位置。由于相比于其他附接方法在生產(chǎn)步驟的數(shù)目和生產(chǎn)成本方面 都得到了降低，因此電極1適合于大規(guī)模生產(chǎn)。根據(jù)本發(fā)明的電極1優(yōu)選設(shè)計(jì)成集成到可穿戴生物感測(cè)衣物內(nèi)，從而在提供可靠 的獨(dú)立監(jiān)測(cè)的同時(shí)提高了消費(fèi)者的舒適度。它可以被整合到醫(yī)療、健康和保健以及運(yùn)動(dòng)的 應(yīng)用中，范圍從相對(duì)容易運(yùn)行的心率監(jiān)測(cè)儀到更加完全復(fù)雜的生物感測(cè)系統(tǒng)。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見(jiàn)的是，本發(fā)明并不局限于具體說(shuō)明性實(shí)施例的 細(xì)節(jié)，并且本發(fā)明在不脫離本發(fā)明精神或本質(zhì)特征的情況下可以具體化為其他的具體形 式。因此，本發(fā)明的實(shí)施例從各個(gè)方面來(lái)看都應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是說(shuō)明性的而非限制性的；本發(fā) 明的范圍是由權(quán)利要求書(shū)而非說(shuō)明書(shū)所指定的，因此本發(fā)明包括落入權(quán)力要求的等效含義 和范圍內(nèi)的所有變更。此外，還顯而易見(jiàn)的是，詞語(yǔ)“包括”并不排除其他元素或步驟，詞語(yǔ) “一”或“一個(gè)”并不排除多個(gè)，并且單個(gè)元件，例如一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或另一單元可以實(shí)現(xiàn)權(quán) 利要求書(shū)中所記載的若干裝置的功能。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)解釋為是對(duì)本發(fā)明 的限制。
權(quán)利要求
一種用于獲取受試者的生理信號(hào)的電極(1)，所述電極(1)包括至少兩個(gè)疊置在一起的導(dǎo)電織物層(2，3)，其中，第一層(2)由機(jī)織材料制成，而具有要與所述受試者的皮膚接觸的工作表面(4)的第二層(3)由針織材料制成。
2.如權(quán)利要求1所述的電極(1)，其中，所述導(dǎo)電織物層(2，3)中的至少一層是通過(guò)使 用含有金屬成分和合成成分的紗線(xiàn)制成的。
3.如權(quán)利要求2所述的電極(1)，其中，所述金屬成分是不銹鋼或銀，而所述合成成分 是聚酯。
4.如權(quán)利要求3所述的電極(1)，其中，所述紗線(xiàn)含有重量百分比為大約20到大約30 的不銹鋼和重量百分比為大約80到大約70的聚酯。
5.如權(quán)利要求1所述的電極(1)，還包括支承構(gòu)件(5)，其適于作為所述導(dǎo)電織物層 (2,3)的支承物。
6.如權(quán)利要求5所述的電極(1)，其中，所述支承構(gòu)件(5)具有襯墊狀的形狀。
7.如權(quán)利要求5所述的電極(1)，其中，所述導(dǎo)電織物層(2，3)在所述支承構(gòu)件(5)上伸展。
8.如權(quán)利要求5所述的電極(1)，其中，所述支承構(gòu)件(5)是可撓的。
9.一種供在受試者所要穿的衣物上使用的織物面料(7)，所述面料(7)適于充當(dāng)如權(quán) 利要求1到8之一所述的電極(1)的載體。
10.如權(quán)利要求9所述的織物面料(7)，包括開(kāi)口(8)，所述開(kāi)口(8)適于與所述電極 ⑴的所述工作表面⑷的大小相配合。
11.如權(quán)利要求9所述的織物面料(7)，所述電極(1)是通過(guò)鎖縫或通過(guò)熱粘合連接到 所述織物面料(7)的。
12.如權(quán)利要求9所述的織物面料(7)，其由非伸展性材料制成。
13.一種用于監(jiān)測(cè)受試者的生理參數(shù)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括如權(quán)利要求1到8之一所述的電 極⑴和/或包括如權(quán)利要求9到12之一所述的織物面料(7)的衣物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于獲取受試者生理信號(hào)的電極。此外，本發(fā)明還涉及一種供在受試者所要穿的衣物中使用的織物面料，以及一種用于對(duì)受試者生理參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。為了提供用于獲取受試者生理信號(hào)的電極，所述電極一方面提供柔軟舒適的皮膚接觸，而另一方面確保高的信號(hào)質(zhì)量，建議使用這樣的用于獲取受試者生理信號(hào)的電極(1)，所述電極包括至少兩個(gè)疊置在一起的導(dǎo)電織物層(2，3)，其中，第一層(2)由機(jī)織材料制成，而具有要與受試者皮膚接觸的工作表面(4)的第二層(3)由針織材料制成。
文檔編號(hào)A61B5/0408GK101854852SQ200880100412
公開(kāi)日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2008年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月26日
發(fā)明者C·范希爾登, G·J·米施, H·賴(lài)特爾, J·哈貝塔, M·哈里斯, M·德洛斯米拉格羅斯多坎波拉馬, O·P·尼米, O·貢多夫, R·施密特, S·A·C·菲舍爾, S·H·W·奧賽伍爾特 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司