JP2007517577A - 生体電気の測定のための活性ドライセンサモジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】生体電気の測定のための活性ドライセンサモジュール。活性ドライセンサモジュールは、上面を通して形成された挿入孔を備えた中空本体と、挿入孔に連結され、均一な中心内部断面と上面から突出した上部フリンジとを備えたキャップと、電極が摺動可能であるようにキャップに挿入され、外側に露出した上面と下部から突出してキャップの下端上にラッチしたラッチ突起とを備えた活性電極と、活性電極の下部に接触する一端を備え、本体に取り付けられ、かつ本体と電気的に接続したバネと、バネを通過した生体信号を受信及び処理するために回路がバネの他端に接触するという条件下で本体に設置された増幅回路とを含む。本発明の活性ドライセンサモジュールは、導電ゲルの使用を排除し、それによって被験者に不愉快さ又は不快感を与えず、かつノイズ成分による信号の干渉を回避する。更に、本発明の活性ドライセンサモジュールは、生体信号を望ましいレベルまで増幅し、それによって生体信号を正確かつ容易に測定する。
【選択図】図1
Description
より大きな単位での活動電位の測定は、表面電極によって達成される。この場合、電極の周りに分布した多くの細胞の活動によって発生した電界が測定される。生物における電気伝導は、イオンによって達成されるが、測定システムにおける電気伝導は、電子によって達成され、従って電極を必要とする。
上述の生体信号が測定される時に、人体の皮膚にセンサモジュールの電極が取り付けられる。皮膚に取り付けられる電極は、センサモジュールの最も基本的な要素である。一般的に、電気信号を感知するために、電極は、電流が通って流れる導体で作られる。更に、導電性を改善するために、電極は、金(Au)又は銀(Ag)から成る導電材料で作られる。
上述の問題を解決するために多くの方法が提案されてきた。1つの方法では、60Hzのノイズによる干渉は、シールドワイヤによって低減される。しかし、上述の方法は、ワイヤ長さによる信号の損失及び長いワイヤのループによる磁気現象による干渉のような欠点を依然として有しており、従って、ノイズ特性、測定の信頼性、又はコストの点で不利である。
従って、本発明は、上述の問題の観点から為されたものであり、本発明の目的は、ノイズ成分の干渉を防止し、生体信号を処理可能なレベルまで増幅して生体信号を正確かつ容易に測定し、導電ゲルの使用を省略して被験者の不愉快さ又は不快感の発生を抑制する生体電気の測定のための活性ドライセンサモジュールを提供することである。
本発明の態様によれば、上述及び他の目的は、活性ドライセンサモジュールの提供によって達成することができ、このモジュールは、上面を通して形成された挿入孔を備えた中空本体と、挿入孔に連結され、均一な中心内部断面と上面から突出した上部フリンジとを備えたキャップと、電極が摺動可能であるようにキャップに挿入され、外側に露出した上面と下部から突出してキャップの下端上にラッチしたラッチ突起とを備えた活性電極と、活性電極の下部に接触する一端を備え、本体に取り付けられ、かつ本体と電気的に接続したバネと、バネを通過した生体信号を受信及び処理するために回路がバネの他端に接触するという条件下で本体に設置された増幅回路とを含む。
更に、好ましくは、本体がヘッドセットに着脱されるように、ヘッドセットをキャップとホルダの間に挿入することができる。
増幅回路は、生体信号を増幅して同相除去比及び通過帯域を調節するための計装用増幅器と、計装用増幅器を通過した生体信号を濾過するための帯域通過フィルタと、生体信号に含まれるノイズ成分を除去するためのノッチフィルタとを含む。
好ましくは、活性電極とバネは、金又は銀でメッキすることができる。
更に、好ましくは、活性電極は、皮膚と接触する曲面を有することができる。
代替的に、好ましくは、活性電極は、皮膚と接触する非平坦面を有することができる。
本発明による生体電気の測定のための活性ドライセンサモジュールは、導電ゲルの使用を排除し、それによって被験者に不愉快さ又は不快感を与えずにウイルス感染の危険を防止する。
更に、本発明の活性ドライセンサモジュールは、生体信号を送信するためのワイヤの使用を排除し、それによって電源から発生したノイズ成分による信号の干渉を回避する。更に、本発明の活性ドライセンサモジュールは、生体信号を指定された処理可能なレベルまで増幅し、それによって生体信号を正確かつ容易に測定する。
本発明の上述及び他の目的、特徴、及び他の利点は、添付図面と共に以下の詳細説明からより明確に理解されるであろう。
図面では、同じか又は類似の要素は、それらが異なる図面に描かれていても同じ参照数字で表される。
活性電極12は、キャップ19に連結されて垂直に摺動する。活性電極12の上部は、皮膚と接触するように外側に露出され、本体18に挿入されたキャップ19にラッチされたラッチ突起12aは、本体18に配置された活性電極12の下部から突出する。活性電極12は、活性電極12が生体信号、例えばEEGを測定する時に頭皮と直接接触する基本的要素である。従って、生体信号の測定値の信頼性が活性電極12に依存するので、活性電極12は、好ましくは、活性電極12の導電性が改善されて活性電極12を通って電流が容易に流れるように金又は銀でメッキされる。図2と3に示すように、被験者の頭皮に接触する活性電極12の表面は、好ましくは、活性電極12の接触面が被験者の頭皮と長時間にわたって安定して接触するように凹面又は歯状である。凹面活性電極12は、頭皮のむき出し部分に直接接触し、歯状活性電極12’は、頭皮の毛髪がある部分に接触する。好ましくは、凹面活性電極12は、凹面活性電極12の接触面12cが頭皮の曲面と類似であるように構成される。更に、好ましくは、歯状活性電極12’は、複数の円形隆起12c’が歯状活性電極12’の接触面状に形成され、かつ頭皮の毛髪がある部分に接触するように構成される。
生体電気の測定のための従来の電極を頭皮に取り付けるために、Cl-成分を含有する導電性ゲルが頭皮に付加され、次に電極がそれに添付される。しかし、導電性ゲルが使用されると、電極から流れる金属の陽(+)イオンと電極表面上の負(−)イオンとが互いに引き寄せ合い、それによって電気的二重層が形成され、従って電極とゲルの間に分極化が生じる。従って、望ましくない電位差である半電池電位が、電極と測定された部分の間に発生する。上述の半電池電位は、数百mVであり、より具体的には、電極が一般的に使用されるAg−AgCl電極の場合は、半電池電位は約220mVである。一般的に、半電池電位は、後に電極に接続されることになる計装用増幅器(IA)の同相電圧によって取り除かれ、差動成分としての役目をする脳波信号だけが増幅されて次に出力される。
従って、電気測定のための従来の電極の欠点を解消するために、本発明による生体電気の測定のための活性ドライセンサモジュール10は、導電性ゲルを使用しないで半電池電位とノイズの発生を抑制するために活性電極12を使用する。
活性電極12から生じた生体信号は、活性電極12と同じ材料でメッキされたバネ14を通じて増幅回路16に送信される。
外部環境の影響による信号の干渉を除去するために、本体18は、好ましくは、導電性のない合成樹脂のような絶縁材料で作られ、本体18が中空構造を有するように外部断面形状を矩形にして内部断面形状を円形にする。
[式1]k=P/a
ここで、kはバネ14の定数を表し、Pは負荷を表し、aは変動量を表す。
以上の説明から明らかなように、本発明は、導電ゲルの使用を排除し、それによって被験者に不愉快さと不快感を与えず、かつウイルス感染の危険を回避する生体電気の測定のための活性ドライセンサモジュールを提供する。
更に、本発明の活性ドライセンサモジュールは、生体信号の送信のためのワイヤの使用を排除し、それによって電源から発生するノイズ成分による信号の干渉を防止する。更に、本発明の活性ドライセンサモジュールは、生体信号を指定の処理可能なレベルまで増幅し、それによって生体信号を正確かつ容易に測定する。
本発明の好ましい実施形態を例証の目的で開示したが、当業者は、特許請求の範囲に開示した本発明の範囲と精神から逸脱することなく様々な修正、追加、及び置換が可能であることを認めるであろう。
12 活性電極
14 バネ
16 増幅回路
18 本体
Claims (7)
- 上面を通して形成された挿入孔を備えた中空本体と、
前記挿入孔に連結され、均一な中心内部断面と上面から突出した上部フリンジとを備えたキャップと、
電極が摺動可能なように前記キャップ内に挿入され、外側に露出した上面と下部から突出して該キャップの下端上にラッチしたラッチ突起とを備えた活性電極と、
前記活性電極の前記下部に接触する一端を備え、前記本体に設置され、かつ該本体と電気的に接続したバネと、
前記バネを通過した生体信号を受信及び処理するために、回路が該バネの他端と接触するという条件下で前記本体に設置された増幅回路と、
を含むことを特徴とする活性ドライセンサモジュール。 - 前記貫通孔内に固定的に挿入されたホルダを更に含み、
前記キャップは、前記ホルダ内に挿入される、
ことを特徴とする請求項1に記載の活性ドライセンサモジュール。 - ヘッドセットが、前記本体が該ヘッドセットに着脱されるように前記キャップと前記ホルダの間に挿入されている、
ことを特徴とする請求項2に記載の活性ドライセンサモジュール。 - 前記増幅回路は、
前記生体信号を増幅して同相除去比及び通過帯域を調節するための計装用増幅器と、
前記計装用増幅器を通過した前記生体信号を濾過するための帯域通過フィルタと、
前記生体信号に含まれるノイズ成分を除去するためのノッチフィルタと、
を含む、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の活性ドライセンサモジュール。 - 前記活性電極及び前記バネは、金又は銀でメッキされている、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の活性ドライセンサモジュール。 - 前記活性電極は、皮膚に接触する曲面を有する、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の活性ドライセンサモジュール。 - 前記活性電極は、皮膚に接触する非平坦面を有する、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の活性ドライセンサモジュール。
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