JP2002177231A - 生体電極構造及び脳波測定用ヘッドギア - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】生体への直接的な接触を容易とし、微小な電気
信号と取り出しを可能とし、装着を容易とする。 【解決手段】軸方向開口部を有する筒形状のリセプタク
ル部４Ｒの内側にプラグ部４Ｐを嵌合、係止させる。プ
ラグ部４Ｐは、一端に生体から電気信号を取り出すため
の電極部４１７，４１８を、他端に前記電極部で得られ
た電気信号を外部に接触するための接続端子４１１を有
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は生体からの生体信号
を取り出すための生体電極構造及び脳波測定用ヘッドギ
アに関し、特に生体としての頭皮からの生体電気信号
（脳波信号）を取り出すための脳波測定用ヘッドギアに
用いて有益な生体電極構造及び脳波測定用ヘッドギアに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】人間の体の表面から生体信号を電気信号
として取り出して体の状態を測定する技術の進歩は各種
分野において著しいものがある。その中で、脳波を測定
することにより人間の感情をも定量的に観測することが
可能になっている。

【０００３】生体信号を人体表面（皮膚等）から取り出
すためには、人体表面に電極を接触配置されることが多
く、非常に微妙な信号を忠実に取り出すためには電極構
造もその材料を含め細心の注意が払われている。

【０００４】従来のこの種の電極構造としては脳波信号
を取り出すために、脳波測定用ヘッドギアに複数の電極
を配設し、この脳波測定用ヘッドギアを頭部に取り付け
る（かぶる）ことにより、電極を頭皮の所定部分に接触
配設し、リード線を介して脳波信号を外部の電気処理系
（増幅器等）に出力している。

【０００５】従来の脳波測定用ヘッドギアとしては、頭
部の広い範囲をカバーするため、複数の電極をネットキ
ャップに予め取り付けておき、また電極の人体表面に接
触する部位には導電ペーストを塗布した構造が一般的で
あり、ネットキャップをかぶった状態で電極を介して得
られる生体信号をリード線から取り出して外部の増幅器
等に出力する。

【０００６】また、特開平１０−１６５３８６号公報に
は脳波測定用ヘッドギアの他の電極構造例が開示されて
いる。この例では、複数の電極の各々に設けた突出部内
部に流動性を有するゲルを注入したフェルト片を設け、
測定時には、頭皮にはこのフェルト片が接触押圧するよ
うにしてヘッドギア装着時の不快感を軽減するとともに
長時間装着を許容している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
従来例においては、導電性ペーストが頭皮に直接接触す
るため測定後にも導電性ペーストが残留し、洗髪が必要
となり、煩雑であるばかりでなく、特定の脳波測定にお
いては多数の電極を使用せざるを得ず、予め電極を取り
付けたキャップで構成したヘッドギアの場合は短時間で
装着できるものの、個々に電極を取り付ける場合には装
着時間が長くなり、被験者に多大な負担を強いるという
欠点があった。

【０００８】また、ペーストは電極を取り除いたときに
それが頭髪及び頭皮上に残留するなどの問題が発生す
る。

【０００９】一方、後者の従来例の場合でも、ペースト
を使用しないが導電性溶液が一時的にせよ付着するとい
う不快感には変わりなく、更には、突出状のフェルトが
直接頭皮に強く押圧接触されるるため、被験者は多数の
電極を使用して行われる長時間の測定ではその不快な装
着感に堪え忍ばなければならない場合もあった。

【００１０】ところで、上述生体電極は頭皮に直接接触
することが重要であるが、これらの従来例では頭髪で頭
皮が覆われているため、直接的接触は困難であり、事前
に頭髪を掻き分けて頭皮を露出する作業が必要であっ
た。

【００１１】以上の種々問題は、生体として頭皮を想定
した場合だけでなく、皮膚等の生体全般に言えることで
ある。

【００１２】そこで、本発明の目的は、生体への直接的
な接触が可能であるばかりでなく装着も容易な生体電極
構造を提供することにある。

【００１３】本発明の目的は、測定後の洗髪の必要性を
なくし、装着を容易とするとともに不快な装着感を与え
ない脳波測定用ヘッドギアを提供することを目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明による生体電極構造及び脳波測定用ヘッドギ
アは、次のような特徴的な構成を採用している。

【００１５】（１）軸方向開口部を有し任意の断面形状
を有する筒形状のリセプタクル部と、前記リセプタクル
部の内側に嵌合、係止され、一端に生体からの電気信号
を取り出すための電極部を、他端に前記電極部で得られ
た電気信号を外部に出力するための接続端子を有するプ
ラグ部と、を備えて成る生体電極構造。

【００１６】（２）前記リセプタクル部は、内筒部と外
筒部の２層構造である上記（１）の生体電極構造。

【００１７】（３）前記電極部は、銀−塩化銀電極であ
り、ゲル状物質を介して生体に接触する上記（１）又は
（２）の生体電極構造。

【００１８】（４）前記プラグ部は、前記電極部を押圧
する押圧部材を有する上記（１）乃至（３）のいずれか
の生体電極構造。

【００１９】（５）網目状のネットキャップに取り付け
られた上記（１）乃至（４）のいずれかの生体電極構造
のリセプタクル部に、前記プラグ部が嵌合、係止されて
成る脳波測定用ヘッドギア。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る生体電極構造
及び脳波測定用ヘッドギアの実施例を添付図面を参照し
て詳細に説明する。

【００２１】図１は、本発明に係る生体電極構造及び脳
波測定用ヘッドギアの一実施形態を示し、脳波信号を取
り出すための脳波測定用ヘッドギアへの適用例で、この
脳波測定用ヘッドギアを被験者に装着した状態を示す図
である。

【００２２】被験者の頭部１に、伸縮性を有する脳波測
定用ヘッドギア２を構成するネットキャップ３を被せ、
被験者固有の頭部形状にマッチしたフレキシブルな装着
を行なう。

【００２３】ネットキャップ３には、頭部（頭皮）の測
定対象部位をカバーするためのコネクタ式の複数個の電
極４が分散配置されており、各電極４にはリード線５が
接続され、各リード線を集中させる（束ねる）中継コネ
クタ６を介して外部の脳波信号処理装置等（図示せず）
に脳波信号を出力する。

【００２４】図２は、本発明になる生体電極構造を説明
するための図で、図１に示すネットキャップ３に取り付
けられている各電極４の分解斜視図である。また、図３
は、図２に示すような電極構造４を頭部にセットした状
態の断面図である。

【００２５】電極４は、基本的に、プラグ部４Ｐとリセ
プタクル部４Ｒに分けられたコネクタ形状とされてい
る。リセプタクル部４Ｒはネットキャップ３の所定部位
に配設され、リセプタクル部４Ｒのそれぞれにプラグ部
４Ｐが嵌合、係止される。この嵌合は、プラグ部４Ｐの
切り欠き部４１４にリセプタクル部４Ｒの突起部４５２
を合わせ込むことにより、図中の２点鎖線の矢印の如く
行なわれる。

【００２６】プラグ部４Ｐは、軸端子４１１、Ｅ形止め
輪（Ｅ形ワッシャ）４１２、ツマミ部４１３、切り欠き
部４１４、コイルバネ４１５、保持金具４１６、銀−塩
化銀電極チップ４１７、ゲル状シート４１８を備えて構
成されている。ゲル状シート４１８は、コイルバネ４１
５により頭皮に適当な圧力で押し当てられて脳波信号の
電気的検出を可能とする。軸端子４１１は、このプラグ
部４Ｐの主要部分を構成し、リード線５の接続を容易に
するために上部に溝４１１Ａが形成されており、他端側
には銀−塩化銀電極チップ４１７を嵌合、保持する保持
金具４１６が設けられている。

【００２７】ここで、保持金具４１６の形状は、銀−塩
化銀電極チップ４１７を嵌合、保持できれば良く、断面
が二型、コ型、円筒型等任意である。

【００２８】尚、脳波測定においては脳波計の増幅器か
らの電流が、電極と皮膚との境界面で電気二重層を発生
して不要な分極電圧が生じるため、この分極電位の発生
を防ぐため不分極極である銀−塩化銀電極が用いられて
いる。

【００２９】銀−塩化銀電極チップ４１７は、断面が凸
型形状の大径円盤部と、その上に形成された小径円盤部
（円筒型突出部）を有し、樹脂で形成されている。かか
る形状を有する銀−塩化銀電極チップ４１７の大径円盤
部樹脂の表面には銀−塩化銀が付着されている。銀−塩
化銀電極チップ４１７の円盤部における円筒形突出部と
は反対側の大径円盤部裏面の平坦部分にはゲル状シート
４１８が一体的に形成されている。こうすることによ
り、被験者ごとにこの一体化部分を取り換えることが容
易に可能となり、衛生面でも望ましい構造とされる。

【００３０】上記一体化部において、シートの代わりに
上記大径円盤部裏面の前平坦部をゲル状物質でコーティ
ングすることも可能である。このようにすると、ゲル材
付きディスポーザブル電極チップ構造となり、取り扱い
がより一層簡便になる。

【００３１】ゲル状シートは多量の液体成分を含んだ高
分子材料で導電性を有し、弾力性、粘着性を有している
ので頭皮との密着性に優れ、被験者が多少動いたとして
も脳波信号の変動を防ぐことができる。また、このゲル
状シートは従来のペーストと違って、頭皮に塗布しない
ため、容易に剥がすことができ頭皮側にこのシートが残
留することはない。このため電極を取り外した後の洗髪
がまったく不要となる。

【００３２】さて、プラグ部４Ｐの構造をより詳細に説
明すると、ツマミ部４１３の中心に設けられた開口部
（図示せず）に軸端子４１１を貫通させており、ツマミ
部４１３の抜けはＥ形ワッシャ４１２により防止され
る。コイルバネ４１５は、プラグ部４Ｐの下方のツマミ
部４１３をレセプタクル部４Ｒに挿入した後に、プラグ
部４Ｐが外れないようにバネの圧力で抑えるとともに、
ゲル状シート４１８と銀−塩化銀電極チップ４１７の部
分が頭皮に対して適度の圧力となるような緩衝材の役目
も果たしている。ツマミ部４１１の下方には、前述した
如く、内部が中空の保持金具４１６が設けられており、
中空部にはゲル状シート４１８と銀−塩化銀電極チップ
４１７が一体的に保持されている。

【００３３】レセクタプル部４Ｒは、突起４５２を有す
る外パイプ４５１に内パイプ４５３が挿入された構造
で、外パイプ４５３と内パイプ４５１との間にネットキ
ャップ３を挟み込んでレセクタブル４Ｒ自体の位置が固
定されている。

【００３４】プラグ部４Ｐをレセクタプル部４Ｒに取り
付けるには、ネットキャップ３に取り付けられているレ
セクタプル部４Ｒの内パイプ４５３の内部にプラグ部４
Ｐの下方の軸端子のゲル状シート４１８と銀−塩化銀電
極チップ４１７を挿入し、プラグ部４Ｐの切り欠き部４
１４にレセクタプル部４Ｒの突起部４５２を入れ込んで
両者が抜け外れないようにする。

【００３５】さて、プラグ部４Ｐが取り付けられていな
いレセクタプル部４Ｒを有するネットキャップ３で頭部
７を被った状態では、レセクタプル部４Ｒの内パイプ４
５３の内部は視覚的には開放状態にあり、この開放部を
通して頭髪が見えるが、頭髪に覆われているため頭皮は
見えない。そこで、このレセプタクル部４Ｒの外パイプ
４５１部分を指で摘んで頭皮に押し当てるような感じで
頭皮面上を上下左右に動かし、頭髪を掻き分けるように
する。すると、内パイプ４５３の底部には頭皮が露出す
るので、この状態で上記のプラグ部４Ｐをレセプタクル
部４Ｒに取り付ければ、露出している頭皮に電極表面と
してのゲル状シート４１８が接触し、電気的な接触度が
改善される。

【００３６】頭髪の掻き分け頭皮を露出させるには、プ
ラグ部４Ｐを取り付けずに頭部にネットキャップ３を被
った状態にした後、内パイプ４５３を少し持ち上げて頭
髪を動きやすくし、底部の頭髪に向かって空気を強く吹
き付けることによっても行なうことができる。更に、内
パイプ４５３の中に頭髪掻き分け用の棒などを入れて底
部の頭髪を掻き分けて頭皮を露出させても良い。

【００３７】図４、図５及び図６は、図１に示すヘッド
ギア２の変形例を示す頭部への装着時の簡略化斜視図、
構成要部の平面図である。

【００３８】図４に示す如く、本例のヘッドギア１００
は、図５及び図６に示すような弾性を有するハチ巻き部
分（バンダナ部分）１００ａとハチ巻き部分１００ａに
仮止め可能な放射状の帯部分１００ｂとを備え、これら
の部分に上述した電極４を分散配置している。

【００３９】より具体的には、ハチ巻き部分１００ａ
は、図６に示すように、直線的な帯部分で構成され、そ
の両端がマジックテープ（登録商標）１００ｃで仮止め
可能な構造となっている。

【００４０】かかるヘッドギア１００を頭部１に装着す
る際には、先ず、ハチ巻き部分１００ａを装着後、図５
に示す放射状の帯部分１００ｂを頭部１の頂上から垂ら
し、各帯部分の先端に設けられたマジックテープ１００
ｄをハチ巻き部分１００ａに仮止めする。

【００４１】本実施形態では、ハチ巻き部分１００ａと
帯部分１００ｂを別々に装着できるので、頭部のサイズ
に影響されず、また、取り換えも簡単である。

【００４２】また、ハチ巻き部分１００ａが弾性（伸縮
性）を有する材料であれば、ハチ巻き部分１００ａを予
めマジックテープ１００ｃで留めた状態で、このハチ巻
き部分１００ａを内側に広げて頭部にすっぽりと被せる
ことができる。このようにすればヘッドギアの装着がよ
り一層簡便になる。

【００４３】上述説明から明らかなように、本発明は、
ペーストを使用しない電極を実用化することを主要な一
つの目的とし、高い接触抵抗であっても１００ｋΩ程度
で時間的に安定であれば、この電極の後段に接続される
インピーダンス変換器の入力インピーダンスが接触抵抗
よりも十分大にできれば実用になる。

【００４４】以上、本発明の実施形態について説明した
が、本発明はかかる実施形態に限定されるものではな
く、種々の変更、拡張が考えられる。

【００４５】例えば、以上の説明ではプラグ部とレセプ
タクル部からなるコネクタ式電極を円筒状であるとして
説明を行ったが、これは他の任意の形状であっても構わ
ないことは勿論である。要するに、レセプタクル部を取
り付けた状態で内部が見えるような開口を有する形状で
あれば良い。また、本発明の生体電極構造は、脳波測定
用ヘッドギアへの適用に限らず、皮膚等の生体に接触さ
れるすべてに適用できる。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による生体
電極構造は、生体への直接的な接触を容易となるので微
小な電気信号と取り出しを可能とし、装着も容易とな
る。

【００４７】また、本発明を脳波測定用ヘッドギアに適
用すれば、測定後の洗髪の必要性がなくなり、装着が容
易となるとともに不快な装着感を与えることもない。更
に、筒状のレセプタクル部は、プラグ部を装着する前に
これを頭皮上に沿って上下左右に頭髪を掻き分け頭皮を
露出できる。このため電極の電気的な接触度が良くな
り、プラグ部に取り付けられている電極チップにゲル状
の粘着性物質を固着したため、頭皮との密着性に優れ、
測定に際しての不安定要因が無くなったので安定な脳波
測定が行える。

【００４８】本発明の前述実施形態では、このゲル材シ
ートを電極チップと頭皮との間に介在したことにより金
属部分が直接頭皮に当たらず痛みとか不快な装着感もな
くなり、電極チップは取り外しができる構造のため、使
い捨て可能であるので衛生的にも望ましいものである。
更に、電極を頭皮に取り付ける際にペーストを使用しな
いので、電極を取り外した後の洗髪も不要であるという
著しい効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る生体電極構造を脳波測定用ヘッド
ギアに適用した場合における被験者の頭部に装着したと
きの外観図である。

【図２】図１に示す脳波測定用ヘッドギアに用いた生体
電極構造を説明するための分解斜視図である。

【図３】本発明に係る生体電極構造の断面図である。

【図４】本発明に係る脳波測定用ヘッドギアの変形例を
被験者の頭部に装着したときの外観図である。

【図５】図４に示す脳波測定用ヘッドギアの要部平面図
である。

【図６】図４に示す脳波測定用ヘッドギアの要部平面図
である。

【符号の説明】

１ 被験者の頭部 ２、 １００ 脳波測定用ヘッドギア ３ ネットキャップ ４ 電極 ４Ｒ リセプタクル部 ４Ｐ プラグ部 ４１１ 軸端子 ４１１Ａ 溝４１２ Ｅ形ワッシャ ４１３ ツマミ部 ４１４ 切り欠き部 ４１５ コイルバネ ４１６ 保持金具 ４１７ 銀−塩化銀電極チップ ４１８ ゲル状シート ４５１ 外パイプ ４５２ 突起 ４５３ 内パイプ ５ リード線 ６ 中継コネクタ ７ 頭皮 １００ａ ハチ巻き部分 １００ｂ 放射状の帯部分 １００ｃ、１００ｄ マジックテープ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武者 利光 川崎市高津区坂戸３−２−１ ＫＳＰ東棟 211 株式会社脳機能研究所内 (72)発明者 荒木 邦彌 横浜市港北区綱島東６−３−20 株式会社 エヌエフ回路設計ブロック内 (72)発明者 田中 信廣 東京都目黒区原町１−２−５ パートアン ドブレンナー株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸方向開口部を有し任意の断面形状を有す
   る筒形状のリセプタクル部と、 前記リセプタクル部の内側に嵌合、係止され、一端に生
   体からの電気信号を取り出すための電極部を、他端に前
   記電極部で得られた電気信号を外部に出力するための接
   続端子を有するプラグ部と、を備えて成ることを特徴と
   する生体電極構造。
2. 【請求項２】前記リセプタクル部は、内筒部と外筒部の
   ２層構造である請求項１に記載の生体電極構造。
3. 【請求項３】前記電極部は、銀−塩化銀電極であり、ゲ
   ル状物質を介して生体に接触することを特徴とする請求
   項１又は２に記載の生体電極構造。
4. 【請求項４】前記プラグ部は、前記電極部を押圧する押
   圧部材を有することを特徴とする請求項１乃至３のいず
   れかに記載の生体電極構造。
5. 【請求項５】網目状のネットキャップに取り付けられた
   請求項１乃至４のいずれかに記載の生体電極構造のリセ
   プタクル部に、前記プラグ部が嵌合、係止されて成る脳
   波測定用ヘッドギア。