【発明の詳細な説明】
生体インピーダンス測定のための方法及び電極発明の分野
本発明は、一般に人体に作られた電場の測定に、特に生体インピーダンスの測
定の分野に属す。本発明により、かかる測定用の新規な使捨て式電極及びかかる
電極を使用する生体インピーダンスの測定方法を提供する。発明の背景
心電図、生体インピーダンス測定、脳波、又は同様の測定のような人体からの
種々の電気的パラメーターの測定及び監視は、人体に電極を置き、次いで電気的
刺激の途中又はそれに続く電気信号の測定を含む。かかる測定に使用される電極
は、通常は、典型的には直径が約1cmの小さい使捨て式の円形金属板又は針のい
ずれかよりなる。かかる小さい電極を使用する利点は、特にこれを人体の適宜の
希望部位に適用し得る性能である。更に、小直径の電極は、患者に、多くの電線
、電極、針、チューブなどを殆ど感じないで取り付け得るので、人体の多くの機
能を連続的に監視する集中治療装置において有利である。しかし、小さい非侵入
形電極は、通常は、患者の皮膚との電気的接触が不安定であり、このため測定精
度に影響を与える。
米国特許4117846号は、金属電極と接触する電解質パッドを備えた使捨
て式の皮膚導電電極組立体を明らかにする。電解質パッドの目的は、電極と皮膚
との間の電気接触を改善することである。この電極は、電気外科中の戻りの電極
として、或いは電気療法における探査電極として使用するように意図された。
電気外科の分野で接地板として広く使用される電極は、Arbo Medizintechnolo
gie GmbH Pf1230 D38002,ブラウンスワイク、ドイツにより製造されたアルボ(
Arbo商標名)電極である。この電極は、銀−塩化銀板よりなり、接触の改善のた
めの電解質ゲルの使用の必要性を避ける。かかる電極は比較的大きく、かつ患者
の身体の電極設置用に限定された部分のみ、例えば腕又は脚においてしか使うこ
とができない。発明の一般的な説明
人体からの信頼できる電気的測定用、特に生体インピーダンスの測定用の使捨
て式電極を提供することが本発明の目的である。
二極式システム、即ち同じ電極を経て電流が注入されかつ電圧が測定されるシ
ステムにおける生体インピーダンス測定用の使捨て式電極を提供することが本発
明の特別な目的である。
上記の測定に使用する使捨て式電極を提供することが本発明の更なる目的であ
る。
上記の電極及び輸液針、カテーテルチューブ、又は同等品を保持する手段を備
えた組立体を提供することが本発明の更なる目的である。
かかる電極を使用する生体インピーダンス測定のための方法を提供することが
本発明のなお別の目的である。
本発明により、比較的大きい表面積、典型的には19−22cm2の範囲の面積
を有する電極の使用により、信頼し得る生体インピーダンス測定値が得られるこ
とが見いだされた。
以下においては、用語「生体インピーダンス測定」は、身体全体又はその部分
の注入電流と測定された電圧との間の関係を検査する測定を指し、用語「2極式
生体インピーダンス測定」は、同一電極を通して電流
を通過させかつ電圧を測定してなされる生体インピーダンス測定を示す。本発明
による生体インピーダンス測定は、欧州特許出願0575984A2号及びこれ
に相当している米国特許5469859号に説明された方法におけるように、検
査される人の心臓、血管、及び呼吸器のパラメーターの試験を特に狙ったもので
ある。
本発明は、その態様の一つにより、人体からの電気的信号の測定用、人体への
電流の注入用、又はこれら両者、特に生体インピーダンスの測定のための電極で
あって、表面積が約18−36cm2の範囲、好ましくは約19−22cm2の範囲の
柔軟な使捨て式電極を提供する。
本発明は、その別の態様により、人の身体に2個の電極を取り付け、これらの
電極が、約18−36cm2の範囲、好ましくは約19−22cm2の範囲の表面積を
有する柔軟な使捨て式電極であり、前記電極を通して交流電流を注入し、電流−
電圧の相互関係を測定し、そして生体インピーダンスを得るためにこれを処理す
ることを含んだ人の2極式生体インピーダンス測定方法を提供する。
本発明の好ましい実施例により、全身の生体インピーダンス測定のため、電極
は人の腕及び脚に取り付けられ。
電極は、電極を皮膚に固定するための手段、例えば電極上に重なりかつ下にあ
る皮膚部分に接着させるために電極の縁より先に伸びている接着性底面のある周
囲部分を有するパッド、電極の底面を被覆し人の皮膚と接触する導電性物質、又
はこれらの組合せを備えた器具内に設けられることが好ましい。
本発明により、生体インピーダンス測定用の電極、電極を皮膚に固定するため
の手段、カテーテルチューブ又は輸液針を保持しかつ固定する
ための手段を備えた組立体も提供される。
腕及び脚に取り付けたい電極の場合は、これは、広い端部と狭い中央部分とを
有する細長くて平たい本体を有することが特に好ましい。このとき、電極は、静
脈を含んだ腕及び脚の区域の上に電極の中央部分が置かれ、広い端部が動脈上に
置かれるようにして腕及び脚の皮膚の上に固定されるような形状にされる。腕の
区域の2本の主要動脈、橈骨動脈及び尺骨動脈の間の距離は各個人により異なる
。同じことが、脚の2個の主要動脈グループ、前方動脈と脛骨動脈とよりなる一
方のグループ及び後方動脈と腓骨動脈とよりなる別のグループの間の距離につい
ても適用できる。しかし、上記のように形成され、かつ腕又は脚の内側の面に置
かれた電極は、腕又は脚の平均周長の約0.4倍の全長を有し、このため、その
広い端部は動脈の上に重なり、その狭い中央部分は静脈の上に重なることが見い
だされた。
成人についての腕及び脚の平均周長値が、レスリー・ダブリュー・オルガン、
ギルバート・ビー・ブラハム、デウイト・ティー・コア 及びスーザン・エル・
ロジエルにより、彼らの報告書「生体電気インピーダンス解析;新技術の理論と
応用(Bioelectrical impedance analysis;theory and application of new tec
hnique)」Physiologic,77(1):98-112(1994)において与えられる。明らかにさ
れた値は以下のようである。
腕 脚
23.3±1.3 男性 30.7±2.4 男性
19.4±1.0 女性 27.9±1.7 女性
本発明により、成人用の電極の全長は、好ましくは約10cmである。かかる電
極は腕と脚の両方への応用に適している。
本発明の実施例により、電極は、カテーテルチューブ又は輸液針も保持し固定
するようにされた組立体に組み合わせられる。
電極は、塩化銀の層で被覆された銀合金より作ることができ(銀/塩化銀電極
)、金、アルミニウム、プラチナなどで作ることもできる。電極は、電解質ゲル
又は電解質接着剤の層を設け、或いは電極と皮膚との間のインターフェースとし
て作用する電解質の流体又はゲルを滲み込ませたパッドを設けることができる。
電極は、生体インピーダンス測定装置に接続可能な電線に電極を接続するために
、一方の端部に露出部分が設けられることが普通である。
本発明は、例示のみの方法により、以下の非限定的な特別な実施例において図
解されるであろう。図面の簡単な説明
図1は本発明の1実施例による電極器具を示す。
図2は図1の線II−IIを通る断面図である(図面を明らかにし理解し易くする
ために断面寸法は誇張されている)。
図3は人の腕への図1の電極の装着方法を示す。
図4は人の脚への図1の電極の装着方法を示す。
図5は本発明の別の実施例による電極器具であり、図5Aは支持シートに取り
付けられている電極器具の平面図、そして図5Bは使用に先立って支持シートか
ら剥がされた器具の底視図を示す。
図6は図5Bの線VI−VIを通る断面図である(図2におけると同様に、図面を
明らかにし理解し易くするために断面寸法は誇張されている)。
図7及び8は電極及びカテーテルチューブ又は輸液針を保持し固定する手段を
備えた組立体の2種の実施例を示す。
図9は人の腕への図7の組立体の取り付け方法及び輸液針及びチューブの固定
の際のその使用を示す。
図10は電極面積の関数としての抵抗及び容量インピーダンスを示す。特別な実施例の説明
本発明による電極器具10を示している図1及び2をまず参照する。器具10
は、好ましくは薄い金属箔、例えば厚さ約0.018cm(0.007インチ)の
アルミニウム箔の電極12を備える(しかし、認められるように、これは一例に
過ぎず、電極本体は別の厚さとすることができ、また金、銀、プラチナなどのよ
うな別の金属で作ることができる)。電極は、狭い中央部分14と二つの端の部
分16、18とを有する細長い平たい部材である。電極12は、更に電線(図示
せず)との接続のための露出コネクター部分20を備える。この電線は、生体イ
ンピーダンス測定装置に接続できる。
器具10は、更に、非導電性材料(かかる材料の例は、ポリエチレン、例えば
ポリエチレンフィルムのような種々のプラスチック材料である)で作られたカバ
ーパッド22を備え、これは電極12を覆い、また周囲部分23は電極の縁より
先に伸びている。周囲部分23の底面24は接着性であり、電極器具を皮膚にし
っかり接着する。(図2の断面は図式的であり、垂直方向寸法は説明を容易にす
るために拡大されている。電極12の厚さは、典型的には1mmよりかなり小さく
、従ってパッドの底面24を容易にしっかりと皮膚に接触させることができる)
。
電極12の底面は電解質接着剤の層26により覆われ、この層は電極12と皮
膚との間の電気的インターフェースとしても作用し、両者間の電気的接触を改善
する。層26は、導電性の接着剤ゲル状マトリックス、
例えば(米国、Katecho社製造の)レクテック(Lectec)LT3300(商標名
)、又は(米国、ConMed社製造の)コンメッド(ConMed、商標名)#45とする
ことができる。貯蔵時には、器具の底面28は、使用する前に取られる保護層3
0(点線で示される)でカバーされる。
パッド22と一体の器具のフラップ32も接着性底面を有し、電線とコネクタ
ー部分20との間の接触を確保するように作用する。使用の際は、皮膚に器具1
0が取り付けられ、次いで、例えば電気用クリップの手段(図1又は2には図示
せず)により電線がコネクター部分20に接続され、部分20との接触は皮膚へ
のフラップ32のしっかりした取付けにより固定される。かかる確実な機械的取
付けが電気接触を確保し電気的雑音を無くす。
図3及び4は、それぞれ人の腕及び脚への器具10の取付け方法を示す。見ら
れるように、器具10は、電極本体の幅広部分16と18とが橈骨関節34及び
尺骨関節34’を含んだ部分の上にあるような方法で腕に固定される。同様に、
脚における器具は、電極の幅広部分16及び18が主要動脈群36及び36’を
含んだ部分の上にあるように固定される。電極の中央部分14は静脈のある部分
の上に重なる。従って、電極のこのデザインは、静脈内へのカテーテルチューブ
、輸液針などの挿入を許す。
図3及び4に見られるように、コネクター部分20は電気クリップ40の手段
により電線38に接続される。クリップ40は、事実上、フラップ32により与
えられた機械的な力によって皮膚に対して固定される。
さて、本発明の別の実施例による電極器具42を示している図5を参照する。
図5Aは、支持シート43に取り付けられた貯蔵状態の器具4
2を示す。図5Bにおいては、使用に先立って支持シートから外された器具42
が示される。この実施例の電極は、図1に示された電極器具よりも小さい一般構
造を有し、広い周囲部分45と46及び狭い中央部分47を備えた細長い平らな
部材により構成される。図6の断面図は、非導電性材料、例えば発泡ポリエチレ
ン製の上側カバーパッド48、例えばアルミニウム箔で作られた中間電極49、
及び導電性接着剤ゲルで作られた底層50を持った器具42を示す。電極49は
、周囲部分51を除いた器具の全表面を覆う。接着性電解質の層50は、他方の
端部における露出した周囲部分52を除いて電極49の表面の大部分を覆い、こ
の部分52は、図1及び2に示された実施例におけると同様に電線への接続用と
して作用する。この器具にはタブ53が設けられ、これは底面に接着剤塗装を有
する独立した部材であり、これの目的は電線との接触を確保するために周囲部分
52の上に置かれることである。
皮膚への電極器具42のしっかりした取付けは、電極49と皮膚との間のイン
ターフェースとしても作用する接着用導電性ゲル50の手段により、接着性の周
囲部分51の手段とタブ53の手段により、及びタブ53の手段により確保され
る。
層48は、露出部分51にアクリル性接着剤塗装を有する、例えば1.59mm
(1/16インチ)ポリエチレンクローズドセルホワイトフォーム(polyethylene c
losed cell white foam)とすることができる。層50は、例えば、上述のコン
メッド(ConMed、商標名)#45導電性/接着剤ゲル又はレクテック(Lectec)
LT3300(商標名)導電性ヒドロゲルとすることができる。
本発明の別の実施例による電極器具60が図7に示される。組立体6
0は電極61を備え、この電極は図1及び2の実施例の電極12と本質的に同様
であり、狭い中央部分62、広い端部部分63と64、及びコネクター部分65
を備えた細長く平たい部材である。更に、図1に示された実施例におけると同様
に、この電極器具は、端部フラップ67を有する接着剤パッド66を備える。器
具60と図1の器具10との間の一つの相違は、針及びカテーテルの確保用の接
着性ループ部材68の追加である。ループ部分69と3個の開口70とを備えた
接着性底面を有する部材68により、医師、看護婦などは針又はカテーテルを差
し込むのに適した場所を選ぶことができる。ループ部材68の窓72は、これを
開口のままにしておくこともできるが、典型的には透明なフィルムにより構成さ
れる。部材68は穴空きの引裂き線74の手段により外すことができる。器具6
0は、外し得るタブ部分76及び78も選択的に備え、これらをカテーテルチュ
ーブ又は同類品の固定用部材として独立的に使うことができる。
事実上図7の器具60の変更例である本発明の別の実施例による電極器具90
が図8に示される。両実施例間の主な相違は、器具80におけるループ84と窓
86とよりなる部材82が、図7の器具60の配列と比べて電極88の反対側に
あるように配列されたことである。図7の実施例と同様に、部材82は、器具の
主要部分88とのその取り付け点に幾つかの開口87を有し、かつ穴空き引き裂
き線89の手段により外すことができる。
図7の実施例使用方法のようなこの器具の使用方法が図9に示される。見られ
るように、カテーテルチューブ92の端部の針90が開口70の一つを通って静
脈94内に挿入され、針はループ69と窓72とにより
固定されかつ覆われる。周囲タブ部分の一方、例えば部分76がカテーテルチュ
ーブ92の固定用に使われる。
以下の例において、本発明により行われた実験が明らかにされるであろう。
例1:電極表面積の関数としてのインピーダンス成分の依存性
図1に示されたものと同様な構造を有する電極が2極式生体インピーダンス測
定に使用された。電極と皮膚との間の接触を良くするために、電解質ゲル(例え
ば、NaOH を約1%又はそれ以下を含んだゲル)が電極皮膚との間に置かれた。
生体インピーダンスは、欧州特許出願0575984A2号(及び相当する米国
特許5469859号)に明らかにされたニカス(NICAS)2001(商標名)
装置(N.I.Medical,テルアビブ、イスラエル)を用いて測定された。この特許
の内容は参考文献としてここに組み込まれる。
異なった表面積を有する電極が試験され、各の場合において、能動的な抵抗イ
ンピーダンス成分と反応的な容量インピーダンス成分とが生体インピーダンス測
定から抽出された。結果が図10に示される。
見られるように、両生体インピーダンスは、電極面積が約19cm2以上の場合
はリニヤーであるが、上述の面積以下では直線性、特に容量インピーダンスの直
線性が損なわれた。これらの結果は、表面積が約19cm2以下の場合は電極の転
がり出すことにより限界が強制されることを示す。このため、電極面積は約19
cm2以上に維持することが望ましい。
別の考え、特に電極用に利用し得る皮膚の面積を考慮し、25cm2以下、特に約
22cm2以下の表面積を有することが望ましい。
例2 電極の安定性
約19cm2の表面積を有し例1において試験されたものと同様な電極が使用さ
れ、例1に説明された方法と同様な方法で2極モードで生体インピーダンスが測
定された。
生体インピーダンスの抵抗成分が6時間にわたり測定され、その結果が次の表
1に示される。
上の結果は、本発明の電極の長時間にわたる極めて高い安定性を示す。
例3 本発明による2極モードで提供された測定値と4極モードで作動する他の
電極を使用した測定値との比較
例1及び2におけると同様に一方の腕及び反対側の脚に置かれた本発明による
電極で、NICAS 2001(商標名)を使って、全身の2極式生体インピーダンス測定
が行われた。30名の男性志願者と36名の女性志願者が試験された。各例につ
いて、全身の生体インピーダンス測定値の抵抗成分(Rwb)が計算された。
二つの従来技術の資料と比較した得られた結果が以下の表2に示される。この
従来技術は、広く使われている4極モード、即ち電流の通過と電圧の測定とに別
個の電極を使用する方法で行われるものである。
(1)− Lean body mass estimation by bioelectrical impedance
analysis; four-site cross-validation study;
Karen R.Segal,Ed.D; Maria Van Loan,Ph.D;
Patricia I.Fitzgerland,Ph.D;(2)
− James A.Hodgdon,Ph.D; and Theodore B.Van Itallie,MD,
American Clinical Nutrition,47:7-14,1988;
Specific resistivity used to estomate fat-free mass from
segmental body measures of bioelectric impedance;
W.Cameron Chumlea,Ph.d; Richard N.Baumgartner,Ph.d; and
Alex F.Roche,MD.Ph.D.,Am.CL.Nutrition,48:7-15(3)
− Rwb - Whole body resistance
上の結果は、生体インピーダンス測定値の抵抗成分が、これまでの4極式測定
モードで得られた測定値と本質的に同じであることを明らかに示す。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項
【提出日】1997年10月13日(1997.10.13)
【補正内容】図面の簡単な説明
図1は本発明の1実施例による電極器具を示す。
図2は図1の線II−IIを通る断面図である(図面を明らかにし理解し易くする
ために断面寸法は誇張されている)。
図3は人の腕への図1の電極の装着方法を示す。
図4は人の脚への図1の電極の装着方法を示す。
図5は本発明の別の実施例による電極器具であり、図5Aは支持シートに取り
付けられている電極器具の平面図、そして図5Bは使用に先立って支持シートか
ら剥がされた器具の底視図を示す。
図6は図5Bの線VI−VIを通る断面図である(図2におけると同様に、図面を
明らかにし理解し易くするために断面寸法は誇張されている)。
図7及び8は電極及びカテーテルチューブ又は輸液針を保持し固定する手段を
備えた組立体の2種の実施例を示す。
図9は人の腕への図7の組立体の取り付け方法及び輸液針及びチューブの固定
の際のその使用を示す。
図10は電極面積の関数としての抵抗及び容量インピーダンスを示す。特別な実施例の説明
本発明による電極器具10を示している図1及び2をまず参照する。器具10
は、好ましくは薄い金属箔、例えば厚さ約0.018cmのアルミニウム箔の電極
12を備える(しかし、認められるように、これは一例に過ぎず、電極本体は別
の厚さとすることができ、また金、銀、プラチナなどのような別の金属で作るこ
とができる)。電極は、狭い中央部分14と二つの端の部分16、18とを有す
る細長い平たい部材である。電極12は、更に電線(図示せず)との接続のため
の露出コネクター部
分20を備える。この電線は、生体インピーダンス測定装置に接続できる。
器具10は、更に、非導電性材料(かかる材料の例は、ポリエチレン、例えば
ポリエチレンフィルムのような種々のプラスチック材料である)で作られたカバ
ーパッド22を備え、これは電極12を覆い、また周囲部分23は電極の縁より
先に伸びている。周囲部分23の底面24は接着性であり、電極器具を皮膚にし
っかり接着する。(図2の断面は図式的であり、垂直方向寸法は説明を容易にす
るために拡大されている。電極12の厚さは、典型的には1mmよりかなり小さく
、従ってパッドの底面24を容易にしっかりと皮膚に接触させることができる)
。
電極12の底面は電解質接着剤の層26により覆われ、この層は電極12と皮
膚との間の電気的インターフェースとしても作用し、両者間の電気的接触を改善
する。層26は、導電性の接着剤ゲル状マトリックス、例えば(米国、Katecho
社製造の)レクテック(Lectec)LT3300(商標名)、又は(米国、ConMed
社製造の)コンメッド(ConMed、商標名)#45とすることができる。貯蔵時に
は、器具の底面28は、使用する前に取られる保護層30(点線で示される)で
カバーされる。
パッド22と一体の器具のフラップ32も接着性底面を有し、電線とコネクタ
ー部分20との間の接触を確保するように作用する。使用の際は、皮膚に器具1
0が取り付けられ、次いで、例えば電気用クリップの手段(図1又は2には図示
せず)により電線がコネクター部分20に接続され、部分20との接触は皮膚へ
のフラップ32のしっかりした取付けにより固定される。かかる確実な機械的取
付けが電気接触を確保し電気的雑音を無くす。
図3及び4は、それぞれ人の腕及び脚への器具10の取付け方法を示す。見ら
れるように、器具10は、電極本体の幅広部分16と18とが橈骨関節34及び
尺骨関節34’を含んだ部分の上にあるような方法で腕に固定される。同様に、
脚における器具は、電極の幅広部分16及び18が主要動脈群36及び36’を
含んだ部分の上にあるように固定される。電極の中央部分14は静脈のある部分
の上に重なる。従って、電極のこのデザインは、静脈内へのカテーテルチューブ
、輸液針などの挿入を許す。
図3及び4に見られるように、コネクター部分20は電気クリップ40の手段
により電線28aに接続される。クリップ40は、事実上、フラップ32により
与えられた機械的な力によって皮膚に対して固定される。
請求の範囲
1.人体からの電気信号又は人体への注入電流の測定用の電極であって、約1
8−36cm2の範囲の表面積を有する柔軟な使捨て式電極。
2.約19−22cm2の範囲の表面積を有する請求項2による電極。
3.広い端部部分と狭い中央部分とを有する細長い電極である請求項1又は2
による電極。
4.約10cmの全長を有する請求項1−3のいずれかによる電極。
5.電線への接続用の露出コネクター部分を備えた請求項1−4のいずれかに
よる電極。
6.本質的にアルミニウム、金、プラチナ、銀又は塩化銀よりなる底層を有す
る銀より作られている請求項1−5のいずれかによる電極。
7.底面を有し、これが、導電用接着剤物質を塗布された皮膚と接触する請求
項1−5のいずれかによる電極。
8.非導電性材料製のパッドは、皮膚と接触する面とは別の面である頂面を覆
い、パッドは電極の縁より先に伸びている周囲部分を有し、この部分は接着性の
底面を有する請求項1−5のいずれかによる電極。
9.人の身体に2個の電極を取り付け、前記電極を通して交流電流を注入し、
電流−電圧の相互関係を測定し、そして生体インピーダンスを得るためにこれを
処理することを含み、電極は請求項1から7のいずれかのものである
人の2極式生体インピーダンス測定方法。
10.一方の電極を人の腕に取り付け、他方の電極を反対側の脚に取り付ける
ことを含んだ全身の生体インピーダンス測定のための請求項9による方法。
【図3】【図4】
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フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
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MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,P
L,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK
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