专利名称：穿戴式电极装置及其制造方法
技术领域：
本发明是关于一种穿戴式电极装置(Wearable electrode apparatus)及其制造方法。
背景技术：
关于施加电流于人体上的生物医疗仪器持续地被开发并且被广泛地应用，例如，经皮电子神经刺激器(Transcutaneous electrical nerve stimulator，TENS)、电子肌肉刺激器(Electronic muscle stimulator，EMS)…等。上述医疗仪器其必要组成之一即为电极装置。电极装置的研发、设计，也深深影响着上述医疗仪器的应用范围。随着材料科技的发展，也针对上述医疗仪器设计出穿戴式电极装置，以扩大其应用范围。
关于穿戴式电极装置的先前技术，其一是将碳纤维编织成较为致密的网状结构，以形成欲接触人体的电极。然而，由于碳纤维易脆的材料特性，使得利用碳纤维制成的穿戴式电极，使用寿命短、不耐洗，而且设计出的式样受限，例如，此类的穿戴式电极装置无法设计成袜子的式样。由碳纤维所构成的电极其紧贴人体轮廓的程度也较低，连带地电流施加在人体的效果也较低。
关于穿戴式电极装置的先前技术，其二是导电材料(例如银胶)涂布在高分子底上，进而形成电极。此类穿戴式电极装置的相关前案，请参考美国专利第5,374,283号。此类穿戴式电极装置与利用碳纤维制成的穿戴式电极相比较，其为可洗涤的穿戴式电极装置，但是，可洗涤次数仍为有限。涂布导电材料形成电极的穿戴式电极装置可设计出的式样较多，但是，仍无法设计出包覆人体轮廓较为复杂的式样，例如，袜子的式样。涂布导电材料形成电极的穿戴式电极装置穿戴于人体上的舒适性仍有待改善。
关于穿戴式电极装置的先前技术，其三是由纺织纤维(Textile fibers)及金属纤维(Metal fibers)混纺成一纱线(Yarn)，并且以该纱线织成一布料(Fabric)，再以该布料制成一衣着(Garment)，该衣着即为一穿戴式电极装置。此类穿戴式电极装置的相关前案，请参考美国专利第6,915,668号。相较于前述的穿戴式电极装置，此类穿戴式电极装置具有穿戴舒适、可设计式样繁多、可洗涤并洗涤次数不受限制等优点。
然而，此类穿戴式电极装置是使用金属纤维作为导电回路的基材，当该衣着受到外力作用而改变其几何特性，如长度、宽度等，致使其整体电阻上升，也使其整体电压上升，因此容易有过热甚至起火之虞。而该衣着中的金属纤维也容易因外力作用而松脱，导致多根金属纤维互相靠近，当静电压上升时，可能导致金属纤维之间发生尖端放电(Point discharge)，产生火花而有起火的危险。
发明内容
因此，本发明的一方面是提供一种穿戴式电极装置以及一种制造穿戴式电极装置的方法，并且特别地，该穿戴式电极装置能解决前述的问题。
根据本发明的一优选具体实施例的穿戴式电极装置包括一衣着以及M个电连接组件，M为一自然数。此外，该衣着包括M个分隔的导电区域。而该M个电连接组件的每一个电连接组件分别安置在该M个导电区域中的一个导电区域上，以提供与一外部装置连接之用。进一步，该M个导电区域是由纺织纤维及超细金属线混纺成一纱线再经由一纺织制作工艺纺织而成。
此外，本发明的另一方面是提供一种制造一穿戴式电极装置的方法，该方法包括下列步骤首先，织成一布料，该布料包括N块分隔的导电布块，该N块导电布块是由纺织纤维及超细金属线混纺成一纱线再经由一纺织制作工艺纺织而成，N为一自然数。
随后，依照一衣着的一图样从该布料上裁剪下该衣着的一半成品，其中该半成品包括由该N块导电布块所形成的M导电区域，M为一自然数，M小于等于N。
接着，分别提供该半成品的M个导电区域的每一个导电区域一个别的电连接组件，以提供该M个导电区域与一外部装置连接之用。最后，将该具有电连接组件的半成品制成该衣着，该衣着即成该穿戴式电极装置。
根据本发明的穿戴式电极装置具有穿戴舒适、制造程序简单、制造成本低、可设计式样繁多、可洗涤并洗涤次数不受限制…等等优点。更重要的，根据本发明的穿戴式电极装置在使用时的稳定性较高，能确保使用者的安全。
关于本发明的优点与精神可以借由以下的发明详述及附图得到进一步的了解。
图1是根据本发明的穿戴式电极装置的示意图。
图2是根据本发明的穿戴式电极装置的示意图。
图3A至图3D是根据本发明的穿戴式电极装置的制作工艺。
主要组件符号说明1穿戴式电极装置 11衣着112、51导电区域 13、53电连接组件15导电液供应装置 152腔室154导管 3布料31导电布块33绝缘布块L方向具体实施方式
以下将详述本发明的优选具体实施例以及实际应用案例，借以充分说明本发明的特征、精神及优点。
请参阅图1，根据本发明的一具体实施例的一种穿戴式电极装置(Wearable electrode apparatus)1包括一衣着(Garment)11以及M个电连接组件13，M为一自然数。该衣着包括M个分隔的导电区域112，而该M个电连接组件的每一个电连接组件分别安置在该M个导电区域中的一个导电区域上，以提供与一外部装置连接之用。于图1中所示的具体实施例是以M等于2为例，因此该穿戴式电极装置具有4个电连接组件，而该衣着包括4个分隔的导电区域。
请注意，在本具体实施例中，该电连接组件是一导电接头(Terminal)。而在实际应用中，该电连接组件可以为形成该M个导电区的所述纱线的一延伸或另外连接的一导电线。
此外，该M个导电区域是由纺织纤维(Textile fibers)如一天然纤维(Natural fibers)或一合成纤维(Synthetic fibers)，及超细金属线(Ultra-fine metalwire)混纺成一纱线(Yam)，再经由一纺织制作工艺，如一平织制作工艺(Weaving process)或一针织制作工艺(Knitting process)，纺织而成。此外，该超细金属线占该纱线的体积比可视需求而介于0％至100％之间，例如，10％、50％以及80％。
在实际应用中，该衣着可先依照该衣着的一图样(Pattem)从一布料上裁剪下该衣着的一半成品(Semi-garment)，该衣着进而由该半成品制成。该布料可包括N块分隔的导电布以及K块分隔的绝缘布，该N块导电布及该K块绝缘布是交错排列，并且该N块导电布是由纺织纤维，如一天然纤维或一合成纤维，及超细金属线混纺成一纱线，再经由一纺织制作工艺，如一平织制作工艺或一针织制作工艺，纺织而成。该半成品包括由该N块导电布所形成的M个导电区域，并且N为一自然数，K为一自然数，M小于等于N。
在实际应用中，M可以是奇数也可以是偶数，也就是说，该穿戴式电极装置可包括奇数个导电区域也可以包括偶数个导电区域。举例而言，当该穿戴式电极装置用于测量心电图或肌电图时，可包括奇数个导电区域。而当该穿戴式电极装置用于经皮电子神经刺激器、电子肌肉刺激器…等，可包括偶数个导电区域。
在实际应用中，前述的超细金属线的直径可以从10微米至100微米。而前述的超细金属线可以由一不锈钢(Stainless steel)、一镍-铬合金(Ni-Cralloy)或一铜-铬合金(Cu-Cr alloy)所制成。
请参阅图2，图2是根据本发明的一具体实施例的穿戴式电极装置1。在该具体实施例中，该穿戴式电极装置1除了包括前述的该衣着11、该衣着11上的M个导电区域112以及该M个电连接组件13之外，进一步包括一导电液供应装置(Conductive liquid supplying device)15，用以供应一导电液至该M个分隔的导电区域112。该导电液供应装置15具有一腔室(Chamber)152，用以容纳该导电液。该导体供应装置15并且具有至少一条导管154，该导管154连接至该M个导电区域112中的每一个导电区域112，以导引该导电液至该个导电区域112，进而增加该个导电区域112的导电度(Conductivity)。此外，该至少一条导管154能用以自该M个导电区域112吸取该导电液，进而减少该M个导电区域112的导电度。
在实际应用中，该导电液是一水或一盐溶液，举例而言，一氯化钠(NaCl)溶液、一氯化钾(KCl)溶液或一氯化钡(BaCl2)溶液。此外，该导电液可借由穿着该穿戴式电极装置的一使用者手动挤压该腔室，或借由该使用者启动一释放装置，如一泵，以控制该导电液的释出。
请注意，该穿戴式电极装置具有至少一纺织结构特性，致使所述超细金属线牢固地与所述纺织纤维捻在一起。当一可容忍的外力，如洗涤时的作用力、穿脱该穿戴式电极装置时的拉力等作用于所述导电区域时，所述超细金属线的几何特性，如长度、直径等并不因此而改变，也就是说，其阻抗值的变化量可以忽略。
在实际应用中，该至少一纺织结构特性包括每一纱线的纱捻度为8～20捻/英寸。
在实际应用中，该至少一纺织结构特性包括该穿戴式电极装置的胚布缩率为6～25％。
在实际应用中，该至少一纺织结构特性包括该穿戴式电极装置的成品布缩率为6～25％。
在实际应用中，该至少一纺织结构特性包括该穿戴式电极装置的成品布残缩率为1～8％。
本发明的另一优选具体实施例是提供一种制造一穿戴式电极装置的方法。请参阅图3A至图3D，图3A至图3D是根据本发明的穿戴式电极装置的制作工艺。
首先，如图3A所示，织成一布料3，该布料包括N块分隔的导电布块31以及K块分隔的绝缘布块33，其中N及K分别为一自然数。该N块导电布块31以及该K块绝缘布块33是交错排列，并且大致上沿一纵向方向延伸，亦即沿图3中的L方向延伸。K可以等于(N-1)、N或(N+1)。例如，图3A所示具体实施例是以N等于3、K等于(N+1)为例，亦即图3A所示的布料包括6块导电布块31以及7块绝缘布块33。
特别地，该N块导电布块是由纺织纤维，如一天然纤维或一合成纤维，及超细金属线混纺成一纱线再经由一纺织制作工艺，如一平织制作工艺或一针织制作工艺，纺织而成。此外，在实际应用中，该超细金属线占该纱线的体积比介于0％至100％之间，并且每一根超细金属线具有范围从10微米至100微米的直径。并且，每一根超细金属线可以由一不锈钢、一镍-铬合金或一铜-铬合金所制成。
随后，如图3B所示，依照一衣着的一图样从该布料3上裁剪下该衣着的一半成品，其中该半成品包括由该N块导电布块31所形成的M导电区域51，M为一自然数，M小于等于N。例如，图3B所示的具体实施例是以M等于2为例，亦即图3B所示的半成品包括4个导电区域51。
接着，如图3C所示，分别提供该半成品的M个导电区域51的每一个导电区域51一个别的电连接组件53(例如图3C中所示的导电接头)，以提供与一外部装置(未示于图中)连接之用。在此所谓的外部装置主要的功能是提供电流以及控制电流。并且，该M个导电区域51中的半数将借由其电连接组件53连接至该外部装置的正极，M个导电区域51的另外半数将借由其电连接组件53连接至该外部装置的负极。请注意，除前述的导电接头外，该电连接组件可视需求为该纱线的一延伸或一导电线。
最后，如图3D所示，将该具有电连接组件53的半成品制成该衣着11，该衣着11即成该穿戴式电极装置1。图3D所示的具体实施例是将该半成品进一步织成一束腹式样的衣着。
此外，于本发明的一具体实施例中，该方法进一步包括下列步骤设置一导电液供应装置于该衣着上，该导电液供应装置是用以供应一导电液至该M个分隔的导电区域。该导体供应装置具有一腔室，用以容纳该导电液。该导电液供应装置并且具有至少一条导管，用以导引该导电液至该个导电区域，增加该个导电区域的导电度。在实际应用中，该导电液可以是一水或一盐溶液。
请注意，该穿戴式电极装置具有至少一纺织结构特性，致使所述超细金属线牢固地与所述纺织纤维捻在一起。当一可容忍的外力，如洗涤时的作用力、穿脱该穿戴式电极装置时的拉力等作用于所述导电区域时，所述超细金属线的几何特性，如长度、直径等并不因此而改变，也就是说，其阻抗值的变化量可以忽略。由于该纺织结构特性与前述关于本发明的具体实施例所公开的纺织结构特性相同，因此，在此不作赘述。
显而易见地，根据本发明的穿戴式电极装置，可依照电流欲施加的人体部位，轻易地设计、制造出合适的衣着式样的穿戴装置，例如，成衣式样的穿戴式电极装置、手套式样的穿戴式电极装置、护腕式样的穿戴式电极装置、袜子式样的穿戴式电极装置…等各式衣着式样的穿戴式电极装置。并且可应用于各种生理测量，如脑波测量、心电图测量、脂肪厚度测量以及汗湿程度测量等；以及身体治疗，如肌肉电刺激、神经电刺激等康复疗程。
与先前技术的穿戴式电极装置比较，根据本发明的穿戴式电极装置穿戴在人体上，会更佳贴身、舒适。根据本发明的穿戴式电极装置还具有容易清洗并且可重复多次清洗、制造成本低廉、制造工时短等优点。
根据本发明的穿戴式电极装置，其电极也会贴紧欲施加电流的人体部位，施加电流的效果也随之提升。并且，由于本发明的穿戴式电极装置可包括导电液供应装置，因此能增加该电极的导电效率。
更重要地，根据本发明的穿戴式电极装置是使用超细金属线而非金属纤维，因此不容易有尖端放电的现象，增加使用上的安全性。
借由以上优选具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所公开的优选具体实施例来对本发明的范围加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明的范围内。
权利要求
1.一种穿戴式电极装置，包括一衣着，该衣着包括M个分隔的导电区域，M为一自然数；以及M个电连接组件，该M个电连接组件的每一个电连接组件分别安置在该M个导电区域中的一个导电区域上，以提供与一外部装置连接之用；其中该M个导电区域是由纺织纤维及超细金属线混纺成一纱线再经由一纺织制作工艺纺织而成。
2.根据权利要求1所述的穿戴式电极装置，其中该超细金属线占该纱线的体积比介于0％至100％之间。
3.根据权利要求1所述的穿戴式电极装置，其中每一根超细金属线具有范围从10微米至100微米的直径。
4.根据权利要求1所述的穿戴式电极装置，其中每一根超细金属线是由一不锈钢、一镍-铬合金或一铜-铬合金所制成。
5.根据权利要求1所述的穿戴式电极装置，进一步包括一导电液供应装置，用以供应一导电液至该M个分隔的导电区域，该导电液供应装置具有一腔室，用以容纳该导电液，该导体供应装置并且具有至少一条导管，用以导引该导电液至该M个导电区域，进而增加该M个导电区域的导电度，并且该至少一条导管能用以自该M个导电区域吸取该导电液，进而减少该M个导电区域的导电度。
6.根据权利要求5所述的穿戴式电极装置，其中该导电液是一水或一盐溶液。
7.根据权利要求1所述的穿戴式电极装置，其中该纺织制作工艺是一平织制作工艺或一针织制作工艺。
8.根据权利要求1所述的穿戴式电极装置，其中该M个电连接组件中的每一电连接组件为该纱线的一延伸、一导电线或一导电接头。
9.根据权利要求1所述的穿戴式电极装置，其中该穿戴式电极装置具有至少一纺织结构特性，致使当一可容忍的外力作用于该导电区域时，所述超细金属线的几何特性不会改变。
10.根据权利要求9所述的穿戴式电极装置，其中该至少一纺织结构特性包括每一纱线的纱捻度为8～20捻/英寸。
11.根据权利要求9所述的穿戴式电极装置，其中该至少一纺织结构特性包括该穿戴式电极装置的胚布缩率为6～25％。
12.根据权利要求9所述的穿戴式电极装置，其中该至少一纺织结构特性包括该穿戴式电极装置的成品布缩率为6～25％。
13.根据权利要求9所述的穿戴式电极装置，其中该至少一纺织结构特性包括该穿戴式电极装置的成品布残缩率为1～8％。
14.根据权利要求1所述的穿戴式电极装置，其中该纺织纤维是一天然纤维或一合成纤维。
15.一种制造一穿戴式电极装置的方法，该方法包括下列步骤织成一布料，该布料包括N块分隔的导电布块，该N块导电布块是由纺织纤维及超细金属线混纺成一纱线再经由一纺织制作工艺纺织而成，N为一自然数；依照一衣着的一图样从该布料上裁剪下该衣着的一半成品，其中该半成品包括由该N块导电布块所形成的M导电区域，M为一自然数，M小于等于N；分别提供该半成品的M个导电区域的每一个导电区域一个别的电连接组件，以提供该M个导电区域与一外部装置连接之用；以及将具有该电连接组件的该半成品制成该衣着，该衣着即成该穿戴式电极装置。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括下列步骤设置一导电液供应装置于该衣着上，该导电液供应装置是用以供应一导电液至该M个分隔的导电区域，该导体供应装置具有一腔室，用以容纳该导电液，该导电液供应装置并且具有至少一条导管，用以导引该导电液至该M个导电区域，增加该M个导电区域的导电度，并且该至少一条导管能用以自该M个导电区域吸取该导电液，进而减少该M个导电区域的导电度。
17.根据权利要求16所述的方法，其中该导电液是一水或一盐溶液。
18.根据权利要求15所述的方法，其中该布料并且包括K块分隔的绝缘布块，该N块导电布块及该K块绝缘布块交错排列，K为一自然数。
19.根据权利要求15所述的方法，其中该超细金属线占该纱线的体积比介于0％至100％之间。
20.根据权利要求15所述的方法，其中每一根超细金属线具有范围从10微米至100微米的直径。
21.根据权利要求15所述的方法，其中每一根超细金属线是由一不锈钢、一镍-铬合金或一铜-铬合金所制成。
22.根据权利要求15所述的方法，其中该纺织制作工艺是一平织制作工艺或一针织制作工艺。
23.根据权利要求15所述的方法，其中该M个电连接组件中的每一电连接组件是该纱线的一延伸、一导电线或一导电接头。
24.根据权利要求15所述的方法，其中该穿戴式电极装置具有至少一纺织结构特性，致使当一可容忍的外力作用于该导电区域时，所述超细金属线的几何特性不会改变。
25.根据权利要求24所述的方法，其中该至少一纺织结构特性包括每一纱线的纱捻度为8～20捻/英寸。
26.根据权利要求24所述的方法，其中该至少一纺织结构特性包括该穿戴式电极装置的胚布缩率为6～25％。
27.根据权利要求24所述的方法，其中该至少一纺织结构特性包括该穿戴式电极装置的成品布缩率为6～25％。
28.根据权利要求24所述的方法，其中该至少一纺织结构特性包括该穿戴式电极装置的成品布残缩率为1～8％。
29.根据权利要求15所述的方法，其中该纺织纤维是一天然纤维或一合成纤维。
全文摘要
本发明提供一种穿戴式电极装置，其包括一衣着以及M个电连接组件。该衣着包括M个分隔的导电区域。该M个电连接组件的每一个电连接组件分别安置在该M个导电区域中的一个导电区域上，以提供与一外部装置连接之用。特别地，该M个导电区域是由纺织纤维及超细金属线混纺成一纱线再经由一纺织制作工艺纺织而成。
文档编号A61N1/32GK101081323SQ20061008427
公开日2007年12月5日 申请日期2006年5月30日 优先权日2006年5月30日
发明者杨章民 申请人:杨章民