專利名稱：用于獲取受試者生理信號的電極的制作方法
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受試者生理參數(shù)進行監(jiān)測的監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
可以從現(xiàn)有技術(shù)中獲知用于對受試者的生理參數(shù)進行監(jiān)測的監(jiān)測系統(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 更加用戶友好并易于使用，例如在家庭環(huán)境中更加用戶友好并易于使用，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。過去幾年間已經(jīng)開發(fā)出了不同種類的織物電極。這些電極可以在不使用任何導(dǎo)電 膠凍或類似物質(zhì)的情況下直接置于受試者的皮膚上。由于此類電極容易操控，因此與主要 在臨床應(yīng)用中使用的濕電極相比此類電極的用戶舒適度得到了明顯增強。已經(jīng)進行試驗和 測試采用了各種不同紗線和生產(chǎn)技術(shù)，以實現(xiàn)供在可穿戴衣物上使用以感測受試者生理參 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31在電極的整個表面區(qū)域上平行運針，見圖1。因而，電阻在一個方向上 明顯更大，這導(dǎo)致整個電極上的不均勻電阻分布。例如，如果紗線沿水平方向運針，則在沿 水平方向測量的情況下導(dǎo)電率波動會相當大。結(jié)果，此類針織織物電極將由于具有干擾了 信號質(zhì)量的高噪聲水平而導(dǎo)致不良的信號質(zhì)量。另外，測試顯示出，針織電極能夠比機織電 極的保濕更好以便降低電阻。另一方面，電極20已經(jīng)使用機織面料作為電極材料，從而提供在整個電極區(qū)域上 相當一致且均勻的電阻，這是由于該電極區(qū)域具有由紗線21形成矩陣的結(jié)構(gòu)，見圖2。然 而，此類織物在與皮膚接觸期間不是非常用戶友好。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，機織織物太易磨損且表面易 于過早變形。

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質(zhì)量。根據(jù)本發(fā)明，所述目的是通過用于獲取受試者生理信號的電極來實現(xiàn)的，所述電 極包括至少兩個疊置在一起的導(dǎo)電織物層，其中，第一層由機織材料制成，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供在受試者所要穿的衣物中使用的織物面料來實現(xiàn)，所 述面料適于充當此類電極的載體。本發(fā)明的目的還可以通過用于對受試者生理參數(shù)進行監(jiān)測的監(jiān)測系統(tǒng)來實現(xiàn)，所述監(jiān)測系統(tǒng)包括此類電極和/或包括具有此類織物面料的衣物。本發(fā)明的核心理念是提供一種具有針織外層和機織內(nèi)層的多層導(dǎo)電織物電極以 用于獲取生理信號，如心率、ECG信號等。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，同時下面的導(dǎo)電機織層改善了針織結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電特性。機織層的矩陣結(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)果是改善了信號讀取的精確度和一致性。這反過來降低了所需監(jiān)測軟件的復(fù) 雜性并使得整個監(jiān)測系統(tǒng)更加容易實現(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 使用此類電極的監(jiān)測系統(tǒng)適合對電生理信號和其他參數(shù)進行長期的連續(xù)監(jiān)測。因為本發(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生物信號中的性能。本發(fā)明提供一種具有改善了測量質(zhì)量的用戶友好的監(jiān)測系統(tǒng)。本發(fā)明優(yōu)選應(yīng)用于 以最大舒適度連續(xù)監(jiān)測電生理參數(shù)的個人健康保健領(lǐng)域。本發(fā)明的這些方面和其他方面將基于從屬權(quán)利要求所限定的實施例進行更進一 步闡述。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，導(dǎo)電織物層中的至少一層是通過使用包括導(dǎo)電成分和 非導(dǎo)電成分的紗線制成的。所述成分具體是指金屬成分和織物成分。此類金屬紗線的金屬 成分優(yōu)選是不銹鋼或銀。金屬的選擇依賴于具體應(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制成的(不銹鋼 /銀)。如果將不銹鋼用作金屬成分，則所述紗線優(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 30的不銹鋼的紗線將得到非常僵硬且不舒適的織物。上面所描述的紗線的使用允許長期使用而不會造成皮膚刺激，并且同時允許獲得 好的信號質(zhì)量。根據(jù)本發(fā)明，使用此類紗線制造的雙層電極被認為可以比得上由100%的銀 制作的單層機織電極。所述針織層可以是緯編針織或經(jīng)編針織。所述機織層還可以應(yīng)用不同技術(shù)。優(yōu)選 地，使用可在工業(yè)應(yīng)用的針織和機織技術(shù)。所述層的厚度可以變化并依賴于具體應(yīng)用的需 求。在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例中，所述電極還包括適于充當導(dǎo)電織物層支承物的支 承構(gòu)件。使用此類支承構(gòu)件的優(yōu)點是，所述層可以相對于受試者的皮膚以更加精確的方式
4進行安置，從而實現(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。這還進一步降低了針織層 的電阻。被伸展開的針織層的另一優(yōu)點是伸展使得所述針織層自身具有更好的導(dǎo)電性。使 用下面的機織層，導(dǎo)電性進一步得到顯著改善。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)點是，由于其可 撓性，能夠保證所述電極的工作表面永遠與受試者的皮膚接觸，即使所述電極的佩戴者移 動。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)件主要負責(zé)織物電極層與皮膚間的接觸在人移動時處 于最佳狀態(tài)。所述支承物必須可撓并且應(yīng)當保證導(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動偽跡嚴重干擾了信號質(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，這依賴于所述電極將要被安放在人體的哪個部位。例如如果所述電極 置于內(nèi)衣上，則10mm的厚度會使人感到不舒服，然而置于胸部的襯衣上時則是可接受的。 選擇所述厚度使得達到信號質(zhì)量與舒適度之間的最佳折衷。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，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口。換句話說，將所述電極通過所述開口插入所述面料并 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提供更好的皮膚接觸。再次，這改善了電極的信號質(zhì)量。優(yōu)選地，通過鎖縫或通過熱粘合，優(yōu)選通過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，它不會不經(jīng)意地滑動或移位，這將導(dǎo) 致更加精確的信號讀取。


本發(fā)明的這些方面和其他方面將在下文中通過舉例的方式參考實施例和附圖進 行詳細描述，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。附圖標記1.電極2.第一層3.第二層
4.工作表面
5.襯墊
6.開口
7.面料
8.覆蓋元件
9.邊界區(qū)域
10縫線
11線纜
20針織面料
21紗線
30機織面料
31紗線
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明的電極1適于獲取受試者的生理信號，該電極可以用于ECG監(jiān)測系統(tǒng) (未示出)。電極1包括兩個疊置在一起的導(dǎo)電織物層2、3，其中，第一層2由機織材料(見 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這兩者都是通過使用含有不銹鋼和聚酯的紗線制成的。所述紗線 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通過開口 6插入織物面料7中，所述開口適于與第二層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周圍的邊界區(qū)域9和覆蓋元件8的延伸邊緣通過若 干縫線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。優(yōu)選地，將所述層 2、3和覆蓋元件8沿其的外邊緣進行縫合以便防止所述層2、3磨損。根據(jù)面料7的厚度來 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鄰近開口 6的邊界區(qū)域9，將線纜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這兩者都連接到線纜11。線纜11優(yōu)選由導(dǎo)電織物制成。線纜11將電極 1連接到監(jiān)測系統(tǒng)的電子設(shè)備(未示出)上。代替連接線纜11的是，可能使用射頻發(fā)射裝 置向外部監(jiān)測裝置進行無線數(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和衣物可以分別進行生產(chǎn)和組裝。電極1的引入并不限于衣物設(shè)計。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)計成集成到可穿戴生物感測衣物內(nèi)，從而在提供可靠 的獨立監(jiān)測的同時提高了消費者的舒適度。它可以被整合到醫(yī)療、健康和保健以及運動的 應(yīng)用中，范圍從相對容易運行的心率監(jiān)測儀到更加完全復(fù)雜的生物感測系統(tǒng)。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，本發(fā)明并不局限于具體說明性實施例的 細節(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)明的實施例從各個方面來看都應(yīng)當被認為是說明性的而非限制性的；本發(fā) 明的范圍是由權(quán)利要求書而非說明書所指定的，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，還顯而易見的是，詞語“包括”并不排除其他元素或步驟，詞語 “一”或“一個”并不排除多個，并且單個元件，例如一個計算機系統(tǒng)或另一單元可以實現(xiàn)權(quán) 利要求書中所記載的若干裝置的功能。權(quán)利要求中的任何附圖標記不應(yīng)解釋為是對本發(fā)明 的限制。
權(quán)利要求
一種用于獲取受試者的生理信號的電極(1)，所述電極(1)包括至少兩個疊置在一起的導(dǎo)電織物層(2，3)，其中，第一層(2)由機織材料制成，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使 用含有金屬成分和合成成分的紗線制成的。
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)，包括開口(8)，所述開口(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)是通過鎖縫或通過熱粘合連接到 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)測受試者的生理參數(shù)的監(jiān)測系統(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，以及一種用于對受試者生理參數(shù)進行監(jiān)測的監(jiān)測系統(tǒng)。為了提供用于獲取受試者生理信號的電極，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質(zhì)量，建議使用這樣的用于獲取受試者生理信號的電極(1)，所述電極包括至少兩個疊置在一起的導(dǎo)電織物層(2，3)，其中，第一層(2)由機織材料制成，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A61B5/0408GK101854852SQ200880100412
公開日2010年10月6日 申請日期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 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司