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成果報告書詳細
管理番号20190000000603
タイトル平成28年度―平成30年度成果報告書 次世代プリンテッドエレクトロニクス材料・プロセス基盤技術開発 フレキシブル複合機能デバイス技術の開発
公開日2019/6/22
報告書年度2016 - 2018
委託先名国立研究開発法人産業技術総合研究所  国立大学法人名古屋大学
プロジェクト番号P10026
部署名IoT推進部
和文要約本研究では、人体に装着可能なウェアラブルデバイスに関して、フレキシブルエレクトロニクスの基礎研究、医療機器レベルに近い心電図測定を目的とした応用研究、さらに開発品を用いた実証研究を行った。
 フレキシブル通信モジュールの開発では、柔軟性・伸縮性を有する心電図測定用の通信モジュールの開発を目的としている。柔軟性・伸縮性を実現するために、極薄シリコン回路チップを、可動アイランド構造を有したフレキシブル基板に実装する手法を提案した。この方法を用いることで、基材の伸縮によって極薄シリコン回路チップに負荷される歪を大幅に低減可能であり、柔軟性と伸縮性の両立が可能であることが示された。また、実際に20μmまで極薄化したオペアンプチップを可動アイランド構造に実装し、30%の伸縮においてもオペアンプが安定動作することを確認した。さらにこれらの技術によりフレキシブル通信モジュールを作製し、耐久性試験を行った結果、100℃30分の耐熱性、100mm曲率における柔軟性、伸び率30%10000回の伸縮性が示された。
 配線・電極形成テキスタイルの開発では、医療機器レベルに近い12誘導心電図測定可能な多誘導心電図測定ウェアの開発を目的としている。この目的の達成のために、心電図の乱れであるモーションアーティファクト(MA)を評価する装置を独自開発し、評価装置を用いて静電植毛技術で作製した起毛ドライ電極の構造・配置の最適化設計を行った。起毛ドライ電極は、市販品と同等の電極インピーダンス、30%の伸縮性、30回の洗濯耐性を有している。このドライ電極で得られる心電図をMA評価装置で評価した結果、呼吸・深呼吸を再現した体動に対して、接触圧力が1000Pa以上の条件において、MAが小さく、医療機器レベルに近い心電図測定が可能であることが示された。
 センシングウェアの実証試験では、上記で作製したフレキシブル通信モジュール及び多誘導心電図測定ウェアの医療現場における有用性の実証を目的としている。フレキシブル通信モジュールを用いた心電図測定ウェアでは、安静状態においてPQRST波が判別可能な心電図測定に成功した。また脈波センサと同時測定することにより、相対的な血圧測定が可能であることが示された。多誘導心電図測定ウェアでは胸部18か所から心電図測定を行い、座位・仰臥位において安定した心電図測定に成功した。得られた心電図は医療機器で測定した心電図と同等の波形であり、医療機器レベルに近い測定に成功した。
英文要約In this project, we conducted fundamental research about flexible electronics, applied research about electrocardiogram (ECG) measurement at nearly equivalent level to medical equipment, and demonstration research using developed products.
On the development of a flexible communication module, we aim the development of the communication module for measuring ECG and blood pressure with flexibility and stretchability. To realize flexibility and stretchability, we proposed a method of mounting an ultra-thin silicon chip on a flexible substrate with a movable island structure. By using this method, it was shown that the strain applied to the ultra-thin silicon circuit chip could be reduced. Also, we mounted the operational amplifier (OPAMP) chip which was thinned to 20 μm on the flexible substrate with the movable island structure. It was confirmed that the OPAMP chip operates stably even with 30% elongation. Finally, we fabricated a flexible communication module using the movable island structure. As a result of durability test, the module has a durability of heat resistance (100 ℃, 30 min.), flexibility (curvature radius of 100 mm), and stretchability (30% 10000 times).
On the development of wirings and electrodes formed on textile, we aim the development of multi-lead ECG measurement wear that can measure 12 leads ECG at nearly equivalent level to medical equipment. To achieve this purpose, we developed original equipment to evaluate motion artifacts (MAs) that are a distortion of the ECG and used the evaluation equipment to optimize the structure and arrangement of a flocked dry electrode fabricated by electrostatic flocking technology. As a result of the fundamental evaluation of the flocked dry electrode, the electrode has an electrode impedance equivalent to a commercial product, 30% stretchability, and 30 times wash resistance. Also, as a result of evaluating the flocked dry electrode using MAs evaluation equipment, the MAs can be reduced in breathing and deep-breathing state under the condition that the contact pressure is 1000 Pa or more.
On the demonstration test of sensing ware, we aim to demonstrate the utility in the medical field using the flexible communication module and the multi-lead ECG measurement ware. As a result of the demonstration test using the flexible communication module, we succeeded in measuring ECG signal in which the P, Q, R, S and T wave can be determined in the resting state. Also, it was demonstrated that relative blood pressure measurement was possible by simultaneous measurement of ECG and pulse wave. In the multi-lead ECG measurement ware, we succeeded in measuring 18 lead ECG signals around the chest. The ECG signals were stable and didn’t have MAs so much. Comparing with the ECG signals measured by medical equipment and our system, the ECG signals had good agreement. Therefore, we succeeded in measuring ECG signals at nearly equivalent level to medical equipment.
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