JPS6157009B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、心電信号、筋電信号、脳波などの生
体内で起る生体電気現象に伴い発生する電気信号
を検出し、計測器に誘導するために生体に装着す
る生体用電極の改良に関するものである。

生体物理や生体工学の分野では、心電図や脳波
図のように、生体電気現象を測定し、記録する必
要性が多い。このような測定において、生体から
各種信号を受信し、計測用増巾器へ送信する媒体
として電極が重要な役割を果している。

生体からの電気信号は、大きくても1mv程度の
ものであるから、これを正確に検出し、測定装置
へ誘導するには、電極を生体へ装着したときに、
生体からの電気信号以外の原因に基づく電極電位
の変動、雑音の発生をできるだけ小さくすること
が望ましい。

生体は生理食塩水（0.9％食塩水）で近似され
る生体組織液で満たされている。

したがつて、生体に電極を装着し、生体電気信
号を検出、誘導することは、0.9％食塩水からな
る電解質溶液中に電極を浸し、この電解液中を伝
わる生体電気信号を電極で検出し、誘導すること
によつて近似的に置きかえることができる。

このとき、電極が生体電気信号を正確に検出
し、誘導するためには、電極電位が安定なこと、
電極インピーダンスが小さいこと、雑音電圧を発
生しないこと、等の電極特性が要求される。

このためには、電極で可逆性の良い電極反応が
進行し、不分極性電極として動作することが基本
的な条件となる。

しかるに従来知られている生体用電極、例え
ば、金、白金、銀、タングステン、モリブデン、
銅、ステンレス等の金属電極では、通常、電極電
位の変動が、数10mvから数100mvにも達し、実
用上、生体電気現象を正確に検出し、誘導するに
は満足しうるものとは言えない。

金属電極は、生体組織液（電解質溶液）と接触
した場合、金属電極相と電解質溶液相の間で、イ
オンと電子を自由に交換することができないため
に、溶液相に対する金属電極相の電位を決定すべ
き、可逆的かつ安定な電極反応が起こりにくい。
このため電極電位が不安定になり、特に、生体に
電極を装着した直後には、電位の変動が著しく、
比較的安定な電極電位に落ちつくのに相当長時間
を要する場合が多く、実用上好ましくない。

このような金属電極を改良したものとして、
銀／塩化銀電極が知られている。

これは、電極が生体組織液（電解質溶液）と接
触したときに、式 AgCl＋ｅAg＋Cl^- で示される電極電位決定反応が可逆的且つ安定に
起り、この反応を介して、電極／電解液界面で電
子とイオンの交換が自由に行われるため、大きな
分極電圧を生じることなく、安定な電極電位特性
が実現するものと考えられる。

銀／塩化銀電極の製造方法としては、食塩水あ
るいは希塩酸中で銀板を陽極として電解し、銀板
の表面に塩化銀の膜を形成せしめ、銀／塩化銀電
極とする方法及び、銀粉末と塩化銀粉末の混合粉
末を加圧成形して、銀／塩化銀電極とする方法が
代表的なものとされている。

いずれの場合にしても、銀／塩化銀電極の場
合、銀あるいは塩化銀を原材料とするため、高価
につき、近年多くの需要が認められるようになつ
てきた使い捨て電極としては、不適当であり、広
く普及するには至つていない。

この点が実用上、最も大きな問題である。

本発明者等は、このような従来の生体用電極の
もつ欠点を改善し、優れた電極特性を持ち、しか
も比較的安価で使い捨て電極として好適な生体用
電極を開発すべく鋭意研究を重ねた結果、導電性
を有する酸化チタンを主成分とした電極材料を用
いることにより、その目的を達成しうることを見
い出した。

又、本発明者等は更に研究を進めた結果、この
導電性を有する酸化チタンに塩化銀を添加した電
極材料を用いることにより、導電性を有するチタ
ン酸化物のみによるものよりも一層良好な電極特
性を有する生体電極が得られることを見い出し、
本発明をなすに至つた。

すなわち、本発明は上面適所に他端を検波計に
接続すべきリード端子の一端が接続された電極板
を下面が露出するようにしてケースに取りつけて
成る構造を有するような生体用電極において、電
極材料として導電性を有するチタン酸化物を主成
分に用いることを特徴とする生体用電極を提供す
るものである。

導電性を有する酸化チタンは二酸化チタン
（TiO₂）、又は炭素と二酸化チタン（TiO₂）の混合
物を水素や塩化チタン（TiCl₄）と水素の混合ガス
気流中で加熱還元するか、チタンと酸化チタン
（）の混合物を減圧中にて加熱還元して得られ
るが、本発明に用いられ得る酸化チタンは上記の
如く、二酸化チタンの還元によつて得られるチタ
ンの低級酸化物（TinO_2o-1）及び二酸化チタンの
非化学量論化合物（TiO_2-x）であり、室温付近
で10^-3Ω^-1cm^-1程度以上の良導電性を有するもの
が望ましい。

従つてその化学組成は酸素含有量が14.3^at％
のTi₆O、25^at％のTi₃O、33^at％のTi₂O39.4〜
55.6^at％の範囲にあるTiO系の金属導電体、及び
酸素含有量が59.8〜60.2^at％の範囲にある
TiO₂O₃、62.5〜66.4^at％の範囲にある他の
Ti_oO_2o-1系の半導体及び酸素含有量が66.6〜66.7
％の範囲にあるTiO₂系半導体の夫々単独ないし
混合物、すなわち、上記TiO_2-xのｘの範囲が０
＜ｘ＜1.84であるような導電性酸化チタンである
事が望ましい。又、本発明による生体用電極を電
解液（生理食塩水）中に浸した場合、安定な自然
電位特性が得られる事が本発明者等の実験より明
らかになつた。

これは式 TiO_2-x＋２（２−ｘ）H⁺＋２（２−ｘ）ｅ Ti＋（２−ｘ）H₂Oで示される反応が安定な電極
電位決定反応として実現していることによるもの
と推定される。

即ち、生体電気現象の検出、誘導という微弱電
流下での使用に際しては、上記の反応が可逆性良
く進行するため、非分極性電極として動作し、安
定な電極電位特性を実現するものと考えられる。

本発明に用いられるチタン酸化物は単味で使用
することもできるが、これに適量の塩化銀を添加
することにより、電極反応の可逆性、非分極性が
より一層改善され、電極電位特性が安定化され
る。

塩化銀の添加量は電極板の導電性、成形性をそ
こなわない限り特に制限はないが通常、導電性酸
化チタン100重量部に対して塩化銀１〜100重量部
より好ましくは５〜50重量部の割合で添加され
る。

次に、添付図面に従つて、本発明の生体用電極
の構造の１例を説明する。

第１図は、本発明の生体用電極の断面図であ
り、電極板１の上面にはリード端子２の一端が、
溶接又は導電性接着剤による接着等により接続さ
れており、このリード端子の他端は、検波計、例
えば心電計（図示せず）に、コネクターコード等
を介して接続する。この電極板１は、その下面が
露出するようにしてプラスチツクや合成ゴム製の
皿状ケース３の凹部に嵌合もしくは接着されてい
る。そして、電極板１の上面と皿状ケース３との
間に生じた空隙は、樹脂モールド４によつて充て
んされている。

本発明の生体用電極は、上記のような構造を有
し、その使用目的に応じて、それぞれ、胸部、頭
部等に、電極板露出部を皮膚と対向させ、その間
に生ずる空間を、食塩水等を含浸させた導電性ク
リーム等で充てんさせた状態で皮膚に接着して使
用される。

本発明の生体用電極は優れた電極特性を有する
ため、被検者の安静状態時はもちろんのこと従来
の電極では困難であつた運動負荷時でも電極電位
の変動、基線の動揺、雑音の混在が著しく少な
く、長時間にわたつて安定な信頼性のある測定結
果を与えることができる。しかも、安価に供給し
うるので使い捨て電極としての使用が出来、実用
的価値の高いものである。

次に実施例により本発明を更に詳細に説明す
る。

実施例 １ 市販の酸化チタン（）（Ti₂O₃）試薬を乳鉢中
で充分粉砕後、この粉末の0.4grのを12トン／cm²
の圧力で直径10mmの円板に加圧成形する。この成
形体を、電極板として第１図に示す構造の生体用
電極を製造した。この際、リード端子は導電性カ
ーボンペーストを用いて接着し、モールドにはエ
チレン系酢酸ビニル樹脂を用いた。

このようにして得た生体用電極について、その
一対を電極面間隔を１cmとして対向させ濃度0.9
％の食塩水中に浸し、両電極端子間に生じる電極
電位差を調べた。

この結果をそれぞれ、第２図の曲線ａ及び第４
図の曲線ａとして示した。

実施例 ２ 市販の高純度チタニアを乳鉢中で充分粉砕後、
この粉末の0.2grを５トン／cm²の圧力で直径10mm
の円板に加圧成形する。こうして得た円板を流速
１，000l／hrのアルゴン気流中1400℃で２時間加
熱還元した。このようにして得られた円板を電板
板として実施例１における場合と同様にして生体
用電極を製造した。

このようにして得た生体用電極の一対を電極面
間隔を１cmとして対向させ、濃度0.9％の食塩水
中に浸し、両電極端子間に生じる電極電位差を測
定した。その結果を第２図の曲線ｂとして示し
た。又、直流四端子法により測定した電極板の導
電率は1.1cm^-1であつた。又、この電極板の粉
末Ｘ線回折図を第３図ａに示した。これから、本
実施例により得られた電極材料は酸素欠陥をもつ
二酸化チタン形半導体（TiO_2-xx〓0.01）である
事がわかつた。

実施例 ３ 市販の酸化チタン（）（Ti₂O₃）試薬100重量
部に対して市販の塩化銀粉末10重量部を添加し、
乳鉢中にて充分に粉砕混合し、この混合粉末の
0.2gを12トン／cm²の圧力で直径10mmの円板に加圧
成形する。このようにして得た成形体を電極板と
して実施例１における場合と同様にして生体用電
極を製造した。こうして得た生体用電極の一対を
電極面間隔を１cmとして対向させ、濃度0.9％の
食塩水中に浸し、両電極端子間に生じる電極電位
差、を測定した。この結果をそれぞれ第２図ｃ及
び第４図ｃとして示した。

実施例 ４ 市販の高純度チタニア100重量部に市販の塩化
銀試薬10重量を添加し乳鉢中にて充分、粉砕混合
する。この混合粉末の0.2gを５トン／cm²の圧力で
直径10mmの円板に加圧成形する。この円板を流速
1000l／hrのアルゴン気流中にて1400℃で２時間
加熱還元した。こうして得た円板を電極板として
実施例１における場合と同様にして生体用電極を
製造した。こうして得た生体用電極の一対を電極
面間隔を１cmとして対向させ、濃度0.9％の食塩
水中に浸し、両電極端子間に生じる電極電位差を
測定した。その結果を第２図ｄとして示した。
尚、直流四端子法によるこの電極板の導電率は
8.6×10^-2Ω^-1cm^-1であつた。又、この電極板の粉
末Ｘ線回折図を第３図ｂに示した。これから本実
施例により得られた電極材料は、酸素欠陥をもつ
二酸化チタン系半導体（TiO_2-xx〓0.01）と塩化
銀AgCl、及び極く微量の金属銀Agの混合物であ
る事が分つた。

実施例 ５ 市販の酸化チタン（）（Ti₂O₃）試薬100重量
部に対して市販の塩化銀粉末を５重量部、25重量
部、50重量部、100重量部添加したものそれぞれ
について実施例３と同様にして生体用電極を製造
し、電極特性を調べた。

この結果を第４図ｂ，ｄ，ｅ，ｆに示した。

比較例 従来市販されている２種類の生体用電極につい
て実施例１と同様にして電極電位特性を調べ、そ
の結果をそれぞれ第２図ｅ，ｆに示した。

これから明らかなように本発明による生体用電
極は従来のものに比べ、電極電位の変動が小さい
優れた電極特性を有するものである。

参考例 本発明の実施例３による生体用電極及び比較例
に用いた従来の市販品２種について実際に人体に
装着して心電図を記録した。

その結果を本発明によるものを第５図に、従来
の市販品によるものを第６図に示した。

なお第５図においてイは直立時、ロは跳躍運動
時を示し、また第６図において、イ、ロは市販品
Ａ社製電極の直立時、跳躍運動時、ハ、ニは市販
品Ｂ社製電極の直立時、跳躍運動時をそれぞれ示
す。

第５図、第６図から明らかなように本発明によ
る生体用電極は被検体の安静時はもちろんのこと
運動負荷状態時においても波形の乱れ、雑音の混
入、基線の動揺が少なく安定した心電波形を誘導
できる、優れた電極である。

一方、従来の市販品の場合には、波形の乱れ、
雑音の混入が著しく心電波形の正確な測定が困難
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の生体用電極の一例を示す断面
図、第２図は本発明の生体用電極及び従来品につ
いての電極電位特性を示すグラフ、第３図は本発
明の生体用電極の電極材料のＸ線回折図、第４図
は本発明の生体用電極の電極電位特性を示すグラ
フ、第５図、第６図は本発明の生体用電極及び従
来の市販品を用いて誘導記録した心電図である。 第１図において１は電極板、２はリード端子、
３はケース、４は樹脂モールドを表わす。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 上面適所に他端を検波計に接続すべきリード
   端子の一端が接続された電極板を下面が露出する
   ようにしてケースに取り付けてなる構造を有する
   ような生体用電極において、電極材料として導電
   性を有するチタン酸化物を用いることを特徴とす
   る生体用電極。 ２ 上面適所に他端を検波計に接続すべきリード
   端子の一端が接続された電極板を下面が露出する
   ようにしてケースに取り付けてなる構造を有する
   ような生体用電極において、電極材料として塩化
   銀を添加した導電性チタン酸化物を用いる事を特
   徴とする生体用電極。