專利名稱：刺繡電極的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及織物電極，特別是刺繡構造的織物電極。
為了從身體上檢測信號，例如在測量心電圖過程中，或者為了施加電信號到身體，例如在肌肉，組織或者神經(jīng)刺激期間，在身體上施加電極是公知的。對電極的兩個要求是其功能適于在電極和身體之間傳遞電能，以及其佩戴要舒適。使電極觸摸起來柔軟和使其可彎曲能夠增加舒適性。
在用于移動使用或者運動訓練使用中舒適性尤其重要，因為通常希望佩戴者察覺不到電極的存在。對于移動使用的情況，可能會長時間佩戴該電極，而對于運動訓練的情況，重要的是運動員不會因電極的存在而分心。
原則上如果選擇合適材料和制造技術可彎曲的織物電極能夠滿足移動和運動訓練應用(以及其它應用)對舒適性要求。另外，可以如WO-A-01/02052中描述的那樣將織物電極合并到衣服中，該申請涉及一種適于像醫(yī)用電極那樣使用的衣服，該衣服包括至少兩個不同的區(qū)域(zone)，其中至少一個區(qū)域是作為電極使用的導電區(qū)域，該導電的區(qū)域包括金屬纖維；至少另一個所述區(qū)域是彈性區(qū)域，是電絕緣紗線紡織織物。該導電區(qū)域可以是針織的，并且詳細描述了其構造。盡管給出的進一步信息很少，WO-A-01/02052還簡要的提及了該衣服可以包括彈性區(qū)域，在該區(qū)域上使用導電紗線刺繡導電區(qū)域。
申請人在移動情況下用適于執(zhí)行人體心電圖(ECG)測量的針織織物電極做過實驗。其證明通過使用可機械彎曲的電極，它們適合使用者以提供更多的舒適度并且更好的與皮膚接觸。另外，如果這些電極與衣服合并，并可以和衣服相適應的彎曲，也可以為使用者提供舒適度。然而，實驗的結果也顯示在移動的或者運動訓練的情況下，使用可機械彎曲的電極可能會帶來麻煩(suffer)，因為在使用中彎曲和/或部分拉伸該電極在使用該電極獲得的ECG檢測結果中產(chǎn)生不希望的運動感生電噪聲。盡管能對該檢測信號進行處理以改進(improve)實際的ECG信號，在某些情況下該運動感生噪聲能完全掩蓋可從皮膚表面檢測的小的電ECG信號。運動感生噪聲的總體影響可以通過在電極-到-皮膚接觸區(qū)域增加導電材料的含量(content)來減小，但是由于制造的限制或者對使用者舒適度的有害影響其不總是可行或者希望的。
本發(fā)明的一個目的是提供一種具有刺繡元件的改進的電極。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種電極，其包括刺繡元件，該元件包括刺繡在襯底(backing)上的電導線，其特征在于該元件包括至少一個在其中該線以優(yōu)化該電極特性而選擇的定向縫合的部分。
有利地，當作為刺繡圖案的一部分時，可以使用縫合定向的局部變化來控制(govern)該電元件的有效電阻。
任選地，縫合的定向選擇為使線的方向基本平行于所需的導電方向。這可有利的致使該元件在導電方向上的電導率提高。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種刺繡電極，其包括縫合在襯底材料上以形成一個或者多個刺繡元件的電導線，其中所述電極包括基本(primary)刺繡元件和一個或多個從該基本元件的一部分上延伸的另外的刺繡元件。
任選地，該基本刺繡元件排列成自環(huán)回。
任選地，該至少一個另外的刺繡元件向著該基本元件的一部分延伸。
一個或者多個該刺繡元件的一部分可以由電導線制造，所述電導線以優(yōu)化該電極特性而選擇的定向縫合。優(yōu)選的是該縫合的定向選擇為使在該部分的局部(locality)中線的方向大體上平行于所需的導電方向。
在一種可能的排列中，該基本刺繡元件形成外圍電極組件，并且至少一個該另外的刺繡元件在由該外圍組件描繪的外圍中從該基本元件的一部分向該基本元件的另一部分延伸。在這種情況下，至少一個該另外的刺繡元件可以與另一個該另外的刺繡元件相交并交叉。
該電導線可以是鍍銀聚酰胺(silverised polyamide)。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種包括第一或者第二方面的刺繡電極的衣服或者附件。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種包括第一或者第二方面的刺繡電極的裝置。
本發(fā)明的這些方面和其它方面現(xiàn)在將參照附圖中的圖形進行描述，其中

圖1示出本發(fā)明的刺繡電極的第一實施例的前視圖；以及圖2a到2c示出本發(fā)明的刺繡電極另外實施方式的可選刺繡圖案。
需要注意的是，這些附圖是示意圖并且不是根據(jù)比例繪出的。為了使附圖清楚和方便，圖形各部分的相對尺寸和比例在大小上有所夸大或者縮小的示出。相同的附圖標記通常用于指示不同實施方式中相應或者相同的特征。
刺繡的電極10由刺繡工藝制造，其中通過將電導線縫合到圖案(pattern)中而使該線縛在襯底材料11上。至少該線的外表面是導電的。該襯底材料是絕緣的氈片。對于刺繡電極10，該刺繡圖案包括第一刺繡元件12，其基本上是橢圓形的并且是連續(xù)的以形成電極10的外圍組件(component)。該刺繡圖案還包括另外的刺繡元件，其形式為第一多個(first plurality)大體上為線狀的元件13，這些元件彼此平行的布設并且彼此以間隔開以在該外周組件中從第一元件12的一部分延伸到它的另一部分。在示出的排列中，第一多個線狀元件13中的每一個都從由第一元件12形成的外圍組件的不同部分延伸并且延伸到由第一元件12形成的外圍組件的不同部分。該刺繡圖案還包括另外的刺繡元件，其形式為第二多個(second plurality)大體上為線狀的元件14，這些元件彼此平行布設并且彼此間隔開以在該外圍組件中從第一元件12的一部分延伸到它的另一部分。在示出的排列中，第二多個線狀元件14中的每一個都從由第一元件12形成的外圍組件的不同部分延伸并且延伸到由第一元件12形成的外周組件的不同部分。第一多個大體上為線狀的元件13延伸的方向與第二多個大體上為線狀的元件14延伸的方向大體上成90度角。當以由第一刺繡元件12描繪的橢圓的長軸是水平的并定義為在零度角方向上延伸的方式觀察該電極的排列時，第一多個大體上為線狀的元件13在與長軸成+45度角的方向上延伸，而第二多個大體上為線狀的元件14在與長軸成+135度角的方向上延伸。
申請人認識到，刺繡工藝允許在縫合局部中任意選擇縫合方向(定向)。因此與在紗線的紡織或者針織方向上設置限制的針織或者紡織工藝不同，刺繡工藝允許在刺繡圖案特定局部選擇的縫合方向與在刺繡圖案任何其它局部選擇的縫合方向無關。申請人還認識到，當通過縫合電導線來刺繡時，沿著該導線具有良好的電導率(electricalconductivity)，從而將在刺繡方向上獲得刺繡圖案特定局部中良好電導率。因此，對于給定的刺繡圖案，可以使用在該圖案不同局部仔細選擇縫合方向的方式來控制該刺繡圖案的電導率。對于由刺繡圖案形成電極的情況，通常在該圖案的不同局部中選擇縫合方向，以優(yōu)化整個圖案的電導率。
申請人還認識到，當試圖在與刺繡圖案某部分的縫合方向平行(也就是，沿著)的方向上拉伸該部分時，與在不平行于該部分縫合方向的方向上拉伸該部分相比，其電導率變化微弱(low)。這被認為是由于沿縫合方向的電傳導的主要機制是經(jīng)由電導線，然而在沿與縫合方向垂直的方向上傳導的主要機制是依靠線間的接觸，這種接觸的效用易受該刺繡部分拉伸或者彎曲影響，因為相鄰導線之間的接觸受到破壞。如果在拉伸或者彎曲時電導率的變化微弱，那么當使用具有電傳導材料的刺繡圖案的電極測量生物統(tǒng)計信號時觀測的相關運動感生電噪聲也有利地微弱。該刺繡電極通常因其是刺繡的本性而抗拉力，盡管在使用過程中也可能產(chǎn)生少量的拉力。
第一多個大體上為線狀的元件13的縫合方向平行于這些線狀元件13延伸的方向。因此，如果試圖在與第一多個大體上為線狀的元件13的方向平行的方向上拉伸該傳感器，由線A-A表示，沿線狀元件長度上的電阻變化將很小，典型的是在小于十分之一歐姆的量級上。第二多個大體上為線狀的元件14的縫合方向平行于這些線狀元件14延伸的方向。因此，如果試圖在與第二多個大體上為線狀的元件14的方向平行的方向上拉伸該傳感器，由線B-B表示，沿線狀元件長度的電阻變化將很小，典型的是在小于十分之一歐姆的量級上。
當在不同于A-A或B-B的方向上拉伸該電極，沿構成電極圖案的傳導縫制紗線仍將有適當?shù)膫鲗剩@有助于減小電特性的改變，從而限制電感生噪聲。
任意地，可以在該刺繡圖案上增加以與第一多個元件13和第二多個14元件不同的方向布設的另外的刺繡元件。
例如，參照圖1，另外的多個元件可以布設在平行于由外圍組件10描繪的橢圓的長軸方向上(由X表示)，和/或另外的多個元件可以布設在平行于由外圍組件10描繪的短軸方向上(由Y表示)。
該刺繡工藝對于本領域普通技術人員來說是公知的，該方法包括將線縫合到襯底材料11上以建立刺繡圖案。在縫合工藝中使用兩根線一一根線主要處于刺繡的襯底材料的第一表面上，而另一個根線主要處于該襯底材料的第二(相對)表面上，一根線由于刺繡工藝與另一根線交互成環(huán)(interlooped)。對于第一實施方式電極10的情況，平面1所示的上表面是電極使用過程中對著皮膚佩戴的表面。因此該示出的圖案是用導線在上表面形成的。任選地，縫合在另一表面(不能看到)上的該線可以是導電的或者絕緣的使用導線可能會增加總的電導率，而使用絕緣線將有助于在必要的地方使該電極在背側電絕緣。
對于第一實施方式的電極10的情況，該電導線是鍍銀聚酰胺，盡管如本領域普通技術人員很容易就能想到的那樣，也可用其它合適的電導線代替或者增加，例如，聚酯線和不銹鋼線。對線的選擇起決定作用的因素包括線的電的和物理的特性，其由制造條件，在使用時成品電極的舒適度要求以及該電極是否能夠洗滌決定。
在第一實施方式的包括刺繡鍍銀聚酰胺線的電極10上執(zhí)行的直接(straightforward)DC電阻測量表示，從第一刺繡元件12的一端到另一端，也就是在橢圓的長軸方向上，使用圖1中由‘C’和‘D’表示的測量點，測量的電阻是在一個歐姆左右，特別是0.7歐姆。拉伸或者以其它方式扭曲該電極在測量的電阻方面產(chǎn)生很小變化，并且在拉力下同樣的測量給出的讀數(shù)為0.6歐姆。
在第一多個大體上為線狀的元件13與第二多個大體上為線狀的元件相交并交叉的地方，它們通過刺繡的縫合工藝彼此物理的并由此電的連接。第一多個和第二多個大體上為線狀的元件13，14中的每一個都與形成該電極外圍的第一刺繡元件12相交所有線狀元件都通過縫合工藝與第一刺繡元件12物理的并由此電的連接。
電極10具有接觸端頭15，其也包括電導線，將該接觸端頭縫合以延伸到第一刺繡元件12并與其建立物理和電的連接。接觸端頭15用于將該電極與電的或者電子設備電連接。
制成第一刺繡元件12的縫合的縫合定向優(yōu)選的是圍繞基本上為橢圓的形狀變化，從而在元件12的給定部分，該縫合總是和元件12采取(take)的路徑一致。
在使用該電極檢測信號的過程中，從人體皮膚檢測的電信號由電極上信號的測量點通過電阻最低的路徑通過刺繡圖案到達電極接觸端頭15。該路徑可能經(jīng)由第一刺繡元件12和/或第一13和第二14多個導電元件。實際上，該信號可能成Z字型經(jīng)由第一13和第二14導電元件的交叉點到達接觸端頭15。通過包括至少一個沿平行于由外圍組件10描繪的橢圓的長軸方向(由X表示)布設的另外的元件，從圖1中由C和D表示的點，電極向或者從身體傳送電流的性能得以提高。
從刺繡圖案任意點到端頭15最小電阻的最短路徑，通常是通過該圖案的最短路徑，盡管向已經(jīng)解釋的那樣，根據(jù)電極的希望的應用，可以對刺繡圖案任意局部中的刺繡縫合定向進行選擇以控制從刺繡圖案的一個部分到另一部分的最小電阻通路。實際上，可以使用該局部改變縫合定向的方法以獲得好處，如果打算使用電極將電流傳送到身體，該縫合定向選擇為使該電極在其范圍內(nèi)能比其它情況更加平均地分配(distribute)從電極到身體電流，并防止所謂的“熱點”。
盡管第一刺繡元件12表示成橢圓形，其也可以采取其它形狀，例如圓形，方形，矩形或者一些其它形式的多邊形。
在不背離本發(fā)明的情況下該電極可以有其它的實施方式，其選擇在圖2a到2c中示出。在所有情況下，至少一部分刺繡圖案由縫合構成，也就是在與給定縫合的局部中由刺繡圖案選取的通路大體上平行的方向上縫合，即成一直線。圖2a，b，c中陰影或者陰影線的方向用于表示縫合方向。
通過閱讀本發(fā)明的說明書，本領域普通技術人員將很容易想到其它修改。這種修改可以包括其它特征，這些特征在設計，制造和使用具有這種電極，紡織品和刺繡品的電極，衣服或者附件以及相關的制造和構造技術和其應用以及已經(jīng)在這里描述的那些可以用于代替或增加的特征中公知。
權利要求
1.一種電極包括刺繡元件，其包括刺繡到襯底上的電導線，其特征在于該元件包括至少一個部分，在該部分中該線以優(yōu)化該電極特性而選擇的定向縫合。
2.根據(jù)權利要求1所述的電極，其中該縫合的定向選擇為使線的方向大體上平行于需要導電的方向。
3.一種刺繡電極，包括刺繡到襯底材料上的電導線以形成一個或者多個刺繡元件，其中所述電極包括基本刺繡元件和一個或者多個從該基本元件一部分延伸的另外的刺繡元件。
4.根據(jù)權利要求3所述的刺繡電極，其中該基本刺繡元件排列成自環(huán)回。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的刺繡電極，其中該至少一個另外的刺繡元件向著該基本元件的一部分延伸。
6.根據(jù)權利要求3，4或者5所述的刺繡電極，其中一個或者多個該刺繡元件的一部分由電導線制成，該電導線以優(yōu)化該電極特性而選擇的定向縫合。
7.根據(jù)權利要求3到6任意一個所述的刺繡電極，其中該基本刺繡元件形成外圍電極組件，而至少一個該另外的刺繡元件在由該基本元件描繪的外圍中從該基本元件的一部分到該基本元件的另一部分延伸。
8.根據(jù)權利要求7所述的刺繡電極，其中至少一個該另外的刺繡元件與另一個該另外的刺繡元件相交并交叉。
9.根據(jù)權利要求6所述的刺繡電極，其中在該部分的局部，該縫合的定向選擇為使線的方向大體上平行于所要求的導電的方向。
10.根據(jù)權利要求1至7任意一個所述的刺繡電極，其中該電導線是鍍銀聚酰胺。
11.一種包括權利要求1至10中任意一個所述的刺繡電極的衣服或者附件。
12.一種包括權利要求1至10中任意一個所述的刺繡電極的裝置。
全文摘要
一種刺繡電極(10)包括由縫制在襯底材料(11)上的電導線形成的刺繡元件(12，13，14)。在給定元件中，該縫合定向選擇為平行于該元件延伸的方向。
文檔編號A61B5/0408GK1798590SQ200480014981
公開日2006年7月5日 申請日期2004年5月21日 優(yōu)先權日2003年5月31日
發(fā)明者G·本內(nèi)特, P·A·H·克拉克, W·B·瓦倫蒂內(nèi) 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司