着るだけで高精度な心電図計測が可能なスマートウェアを開発――新設計手法により、体の動きで生じるノイズを大幅低減 産総研と名古屋大学

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(a)モーションアーティファクト(MA)定量評価 (b)心電図計測ウエア (c)実証試験結果

産業技術総合研究所(産総研)は2019年6月10日、名古屋大学と共同で、医療機器レベルの高精度で心電図を計測できるスマートウェアを開発したと発表した。

ドライ電極を用いて着るだけで心電図が計測できるスマートウェアは、在宅での心疾患スクリーニングや経過観察への応用が期待されている。しかし従来品は、皮膚とドライ電極間の接触が不安定なため、体の動きによる波形の乱れである「モーションアーティファクト」(MA)が、心電図の波形に容易に生じてしまう。このため、ピーク検知による心拍数計測が主な用途で、医療的により意味のある波形形状の取得が困難だった。

今回の開発では、静電植毛技術を用いた起毛構造に着目。これをドライ電極とするために、銀メッキを施した長さ500μm、直径17~18μmの短繊維を静電植毛する技術を開発した。これにより柔らかな風合いを持ち、皮膚と電極間の良好な接触を維持する起毛ドライ電極を実現した。

(a)静電植毛加工の写真と概念図 (b)起毛ドライ電極と断面図の写真

さらに、人体の皮膚の硬さや表面形状などを模擬した人工皮膚「皮膚ファントム」と、人体の動きを再現する「アクチュエーター」からなる「MA評価装置」を独自開発。これを利用して、皮膚と起毛ドライ電極間の接触状態変化の影響を定量的に評価し、両者の間の接触圧力が1000Pa以上であれば安定した心電図計測が可能という指標が得られた。

この指標に基づき、電極の構造や配置を最適化した起毛ドライ電極ウェアを試作。実証実験を行った結果、MAが小さい胸部誘導の心電図を計測できた。

産総研では今後、今回開発した起毛ドライ電極の皮膚安全性試験や電気安全性試験などを実施。さらに臨床試験を実施し、医療機器としての認可取得を目指す。

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