JP2008067911A - 外耳道電極ユニットおよび生体情報計測装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】脳波、心拍、体温等の生体情報を簡便かつ安定して計測可能であり、被験者への負担を大幅に軽減できる外耳道電極ユニットおよび生体情報計測装置を提供する。
【解決手段】外耳道に挿入した状態で、生体の電気信号を取り出すための電極ユニット１０は、外耳道に対して間隙をもって部分的に接触し、導電性材料からなる外耳道接触部材１１を備え、外耳道接触部材１１には、外界からの音響を鼓膜側へ伝送するための連通孔２０が設けられている。
【選択図】図２
【解決手段】外耳道に挿入した状態で、生体の電気信号を取り出すための電極ユニット１０は、外耳道に対して間隙をもって部分的に接触し、導電性材料からなる外耳道接触部材１１を備え、外耳道接触部材１１には、外界からの音響を鼓膜側へ伝送するための連通孔２０が設けられている。
【選択図】図２
Description
本発明は、外耳道に挿入した状態で、脳波、心拍、体温等の生体情報を取り出すため外耳道電極ユニットおよびこれを用いた生体情報計測装置に関する。
人が、健康な生活を営むためには、十分な眠りを確保することが重要であることが知られている。眠りの状態は、まず、本人以外による外観観察によって、起きている状態か、寝ている状態か判断される。また、客観的に眠りの状態を調べるために、例えば、体温、心拍、発汗、血圧等の測定結果からも睡眠状態が分析されている。さらに、脳は微弱であるが電気を発していることが知られており、脳に電極を装着することによって、いわゆる脳波を検出することができる。この脳波を検知することで様々な眠りの状態が調べられている（例えば、非特許文献１参照。）。
従来、脳波を検出して眠りの状態を調べるものとしては、例えば、電極を額におき、増幅器、マイクロ制御器等を備えた睡眠プロファイルを求める装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
近年、トラックやバス、電車の運転手が、睡眠時無呼吸症候群や生活習慣病などに起因した睡眠障害により、悲劇的な事故を引き起こす事例が報告されている。
しかしながら、こうした睡眠障害を捕捉するために、脳波等の生体情報を計測する場合、被験者は、一般に、脳波計測装置を備えた検査機関に出向く必要がある。さらに、多くの電極を装着した状態で長い時間拘束されるため、被験者への負担が極めて大きい。
本発明の目的は、脳波、心拍、体温等の生体情報を簡便かつ安定して計測可能であり、被験者への負担を大幅に軽減できる外耳道電極ユニットおよび生体情報計測装置を提供することである。
本発明に係る外耳道電極ユニットは、外耳道に挿入した状態で、生体の電気信号を取り出すための電極ユニットであって、
外耳道に対して間隙をもって部分的に接触し、導電性材料からなる外耳道接触部材を備え、
外耳道接触部材には、外界からの音響を鼓膜側へ伝送するための連通孔が設けられていることを特徴とする。
外耳道に対して間隙をもって部分的に接触し、導電性材料からなる外耳道接触部材を備え、
外耳道接触部材には、外界からの音響を鼓膜側へ伝送するための連通孔が設けられていることを特徴とする。
本発明において、外耳道接触部材は、外耳道に対して螺旋状に接触する凸部を有することが好ましい。
また本発明において、外耳道接触部材は、コイル状に形成されており、
外耳道接触部材を保持する保持部材は、コイル内部に配置されたテーパー状の筒部を有することが好ましい。を特徴とする請求項２記載の外耳道電極ユニット。
外耳道接触部材を保持する保持部材は、コイル内部に配置されたテーパー状の筒部を有することが好ましい。を特徴とする請求項２記載の外耳道電極ユニット。
また本発明において、外耳道接触部材は、円筒部と、円筒部の外面に一体的に形成された螺旋状の凸部とを有することが好ましい。
また本発明において、外耳道接触部材は、多条コイル状に形成されていることが好ましい。
また本発明において、外耳道接触部材は、外耳道に対して環状に接触する凸部を有することが好ましい。
また本発明において、外耳道接触部材は、外耳道に向けて湾曲した線状部材を有することが好ましい。
本発明に係る生体情報計測装置は、上記の外耳道電極ユニットと、
外耳道電極ユニットで取り出された電気信号を処理するための信号処理部を備えることを特徴とする。
外耳道電極ユニットで取り出された電気信号を処理するための信号処理部を備えることを特徴とする。
また本発明に係る生体情報計測装置は、右側外耳道に挿入される第１外耳道電極ユニットと、
左側外耳道に挿入される第２外耳道電極ユニットと、
右側耳介及び／又は左側耳介に装着されるグランド電極ユニットと、
第１外耳道電極ユニットで取り出された電気信号をデジタル値に変換するための第１アナログデジタル変換器と、
第２外耳道電極ユニットで取り出された電気信号をデジタル信号に変換するための第２アナログデジタル変換器と、
第１アナログデジタル変換器からのデジタル信号と第２アナログデジタル変換器からのデジタル信号の論理和を計算する論理和回路と、
該論理和を演算するための信号演算部を備えることを特徴とする。
左側外耳道に挿入される第２外耳道電極ユニットと、
右側耳介及び／又は左側耳介に装着されるグランド電極ユニットと、
第１外耳道電極ユニットで取り出された電気信号をデジタル値に変換するための第１アナログデジタル変換器と、
第２外耳道電極ユニットで取り出された電気信号をデジタル信号に変換するための第２アナログデジタル変換器と、
第１アナログデジタル変換器からのデジタル信号と第２アナログデジタル変換器からのデジタル信号の論理和を計算する論理和回路と、
該論理和を演算するための信号演算部を備えることを特徴とする。
本発明によれば、外耳道接触部材は、外耳道に対して間隙をもって部分的に接触することによって、外耳道の皮膚表面に存在する耳毛、耳あか、ほこり等の異物が当該間隙に入り込むようになる。そのため、外耳道接触部材と皮膚表面との間に介在する異物が少なくなるため、皮膚と電極との間の接触抵抗を低く保つことができる。その結果、生体の電気信号を高いＳ／Ｎ比で効率良く取り出すことが可能になる。
また、外耳道接触部材に、外界からの音響を鼓膜側へ伝送するための連通孔を設けることによって、電極ユニットを装着した状態であっても被験者の聴覚能力を阻害しないため、日常生活と同等な環境条件で生体情報の計測が可能になる。
図１（ａ）は、耳の内部構造を示す断面図である。耳は、耳孔から鼓膜までの外耳と、耳小骨や鼓室を存在する中耳と、三半器官が存在する内耳とに区分される。耳孔を囲むように耳介が設けられ、耳介の下部は耳たぶと称される。本発明に係る電極ユニットは、耳孔から挿入して、外耳道の皮膚表面と接触した状態で位置決めされる。
図１（ｂ）は、従来の電極ユニットの装着状態を示す断面図であり、図１（ｃ）は、本発明に係る電極ユニットの装着状態を示す断面図である。
従来の電極ユニット１は、一般に、平滑な表面を持つ円柱状部材で構成されており、外耳道に装着した場合、耳毛、耳あか、ほこり等の異物が電極表面と皮膚との接触を妨害するようになる。その結果、電極の接触抵抗が高くなったり、安定しない傾向があった。さらに、異物が電極ユニットの挿入によって外耳道の奥まで押し込まれ易くなるため、外耳道に炎症を生じさせる可能性がある。
また、従来の電極ユニット１は、外耳道をほぼ完全に密閉してしまうため、電極ユニットを装着した状態では、耳栓と同様に、外界の音響や音声が遮音されてしまう。
これに対して本発明に係る電極ユニット１０は、図１（ｃ）に示すように、外耳道に対して間隙をもって部分的に接触するように、一例として、コイル状に形成された外耳道接触部材を備えている。こうした間隙に耳毛、耳あか、ほこり等の異物が入り込むようになるため、外耳道接触部材と皮膚表面との間の接触が安定化して、皮膚と電極との間の接触抵抗を低く保つことができる。さらに、異物が外耳道の奥まで押し込まれにくくなり、炎症を引き起こす可能性も小さくなる。
また、本発明に係る電極ユニット１０は、外界からの音響を鼓膜側へ伝送するための連通孔が確保されているため、電極ユニットを装着した状態でも外界の音響や音声が聞こえるようになり、日常生活と同等な環境条件で生体情報の計測が可能になる。
（第１実施形態）
図２は、本発明の第１実施形態を示すもので、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は側面図、図２（ｃ）は背面図、図２（ｄ）は軸線に沿った断面図、図２（ｅ）は外耳道接触部材を示す側面図である。
図２は、本発明の第１実施形態を示すもので、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は側面図、図２（ｃ）は背面図、図２（ｄ）は軸線に沿った断面図、図２（ｅ）は外耳道接触部材を示す側面図である。
電極ユニット１０は、外耳道に対して螺旋状に接触するように、コイル状に形成された外耳道接触部材１１と、外耳道接触部材１１を保持する保持部材２１とで構成される。
外耳道接触部材１１は、導電性材料、例えば、チタンやリン青銅等の金属や形状記憶合金等で形成されており、必要に応じて、その表面には、生体への影響が少ない金属材料、例えば、金等のメッキ処理が施されてもよい。
保持部材２１は、ＰＣ（ポリカーボネート），ＰＰ（ポリプロピレン），ＡＢＳ等のプラスチック等の電気絶縁材料で形成され、耳孔より大きい直径を有するストッパ部２２と、コイル内部に配置された筒部２３とを備える。
コイル形状は、外耳道の内径に適合するように、例えば、先端の直径Ｄ１は４ｍｍ〜７ｍｍ程度に、ストッパ部２２から先端までの長さＬ１は１０ｍｍ〜１２ｍｍ程度に設計することが好ましい。また、コイル線の直径は、例えば、０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度に、コイルのピッチは、適切な間隙が得られるように、例えば、２ｍｍ〜４ｍｍ程度に設計することが好ましい。
ストッパ部２２の直径Ｄ２は、外耳道の内径より大きくなるように、例えば、１０ｍｍ〜１２ｍｍ程度に設計することが好ましい。
筒部２３は、先細りテーパー状に形成され、コイル内径との隙間が先端に行くほど広くなるように設計することにより、屈曲した外耳道であっても挿入可能なように、コイルの柔軟性を確保している。
外耳道接触部材１１は、コイル状であるため、外界からの音響を鼓膜側へ伝送することが可能であり、さらに、保持部材２１にも連通孔２０が形成されており、外界からの音響が鼓膜側へ伝送される。
コイルの根元部１２は、ストッパ部２２を貫通して、保持部材２１の外面で露出しており、端部がＵ字状に屈曲することによって、保持部材２１への固定強度が高くなる。この露出した根元部１２には、外部リード線が電気接続される。
コイルの先端は、皮膚への引っ掻きを防止するため、内側に折り曲げられ、さらに連通孔２０に向かってストッパ部２２側へ折り曲げられている。
こうした電極ユニット１０を外耳道に挿入する際、コイルの螺旋形状に沿って回転させながら挿入することによって、耳毛がコイル間隙に沿って整列し、耳あか等の異物を掻き落とすことなく、円滑に装着することができる。
電極ユニット１０を装着した状態では、外耳道接触部材１１が外耳道に対して間隙をもって部分的に接触しているため、外耳道接触部材１１と皮膚表面との間の接触が安定化して、皮膚と電極との間の接触抵抗を低く保つことができる。また、螺旋形状の凸部が皮膚に圧接することによって安定した保持が確保され、螺旋形状の間隙が皮膚圧力を緩和するため、被験者への負担を軽減できる。
電極ユニット１０を外耳道から取り外す場合は、コイルの螺旋形状に沿って回転させながら引き出すことによって、円滑に取り出すことができる。
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態を示すもので、図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は側面図、図３（ｃ）は背面図、図３（ｄ）は軸線に沿った断面図である。
図３は、本発明の第２実施形態を示すもので、図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は側面図、図３（ｃ）は背面図、図３（ｄ）は軸線に沿った断面図である。
電極ユニット１０は、外耳道に対して螺旋状に接触するように形成された外耳道接触部材１１と、外耳道接触部材１１を保持する保持部材２１とで構成される。
本実施形態では、外耳道接触部材１１と保持部材２１は一体的に形成され、導電性材料、例えば、導電性ゴム、導電性プラスチック等で形成され、あるいはＰＣ，ＰＰ，ＡＢＳ等のプラスチックの表面に、生体への影響が少ない金属材料、例えば、金等のメッキ処理が施されたもので形成される。
外耳道接触部材１１は、円筒部１３と、円筒部１３の外面に一体的に形成された螺旋状の凸部１４とを有する。
保持部材２１は、耳孔より大きい直径を有するストッパ部２２が設けられる。
凸部１４の螺旋形状は、外耳道の内径に適合するように、例えば、先端の直径Ｄ１は４ｍｍ〜７ｍｍ程度に、ストッパ部２２から先端までの長さＬ１は１０ｍｍ〜１２ｍｍ程度に設計することが好ましい。また、凸部１４の幅は、例えば、０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度に、螺旋ピッチは、適切な間隙が得られるように、例えば、２ｍｍ〜４ｍｍ程度に設計することが好ましい。
ストッパ部２２の直径Ｄ２は、外耳道の内径より大きくなるように、例えば、１０ｍｍ〜１２ｍｍ程度に設計することが好ましい。
外耳道接触部材１１および保持部材２１には、連通孔２０が形成されており、外界からの音響が鼓膜側へ伝送される。
電極ユニット１０を計測装置に電気接続する場合、図３（ｄ）に示すように、例えば、バナナチップ等の弾性コネクタ３０を連通孔２０に挿入することにより、簡単かつ安定に電気接続が得られる。
こうした電極ユニット１０を外耳道に挿入する際、凸部１４の螺旋形状に沿って回転させながら挿入することによって、耳毛がコイル間隙に沿って整列し、耳あか等の異物を掻き落とすことなく、円滑に装着することができる。
電極ユニット１０を装着した状態では、外耳道接触部材１１が外耳道に対して間隙をもって部分的に接触しているため、外耳道接触部材１１と皮膚表面との間の接触が安定化して、皮膚と電極との間の接触抵抗を低く保つことができる。また、螺旋形状の凸部１４が皮膚に圧接することによって安定した保持が確保され、螺旋形状の間隙が皮膚圧力を緩和するため、被験者への負担を軽減できる。
電極ユニット１０を外耳道から取り外す場合は、凸部１４の螺旋形状に沿って回転させながら引き出すことによって、円滑に取り出すことができる。
（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態を示すもので、図４（ａ）は正面図、図４（ｂ）は側面図、図４（ｃ）は背面図、図４（ｄ）は軸線に沿った断面図である。
図４は、本発明の第３実施形態を示すもので、図４（ａ）は正面図、図４（ｂ）は側面図、図４（ｃ）は背面図、図４（ｄ）は軸線に沿った断面図である。
電極ユニット１０は、外耳道に対して螺旋状に接触するように、コイル状に形成された外耳道接触部材１１と、外耳道接触部材１１を保持する保持部材２１とで構成される。
外耳道接触部材１１は、導電性材料、例えば、チタンやリン青銅等の金属や形状記憶合金等で形成されており、必要に応じて、その表面には、生体への影響が少ない金属材料、例えば、金等のメッキ処理が施されてもよい。
保持部材２１は、ＰＣ（ポリカーボネート），ＰＰ（ポリプロピレン），ＡＢＳ等のプラスチック等の電気絶縁材料で形成され、耳孔より大きい直径を有するストッパ部２２とを備える。
本実施形態では、外耳道接触部材１１は、２条コイル状に形成されている。これにより、電極ユニット１０の一回転当りの移動距離が増加するため、１条コイルと比べてより容易に電極ユニット１０の挿入および取り外しを行うことができる。また、外耳道接触部材１１は、２条コイル状の他に、３条コイル状等の多条コイル状に形成することも可能である。
コイル形状は、外耳道の内径に適合するように、例えば、先端の直径Ｄ１は４ｍｍ〜７ｍｍ程度に、ストッパ部２２から先端までの長さＬ１は１０ｍｍ〜１２ｍｍ程度に設計することが好ましい。また、コイル線の直径は、例えば、０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度に、コイルのピッチは、適切な間隙が得られるように、例えば、４ｍｍ〜８ｍｍ程度に設計することが好ましい。
ストッパ部２２の直径Ｄ２は、外耳道の内径より大きくなるように、例えば、１０ｍｍ〜１２ｍｍ程度に設計することが好ましい。
外耳道接触部材１１は、コイル状であるため、外界からの音響を鼓膜側へ伝送することが可能であり、さらに、保持部材２１にも連通孔２０が形成されており、外界からの音響が鼓膜側へ伝送される。
コイルの根元部１２は、ストッパ部２２に埋め込まれて、保持部材２１の内面で露出しており、この露出した根元部１２には、バナナチップ等の弾性コネクタ３０が電気接続される。
こうした電極ユニット１０を外耳道に挿入する際、コイルの螺旋形状に沿って回転させながら挿入することによって、耳毛がコイル間隙に沿って整列し、耳あか等の異物を掻き落とすことなく、円滑に装着することができる。
電極ユニット１０を装着した状態では、外耳道接触部材１１が外耳道に対して間隙をもって部分的に接触しているため、外耳道接触部材１１と皮膚表面との間の接触が安定化して、皮膚と電極との間の接触抵抗を低く保つことができる。また、螺旋形状の凸部が皮膚に圧接することによって安定した保持が確保され、螺旋形状の間隙が皮膚圧力を緩和するため、被験者への負担を軽減できる。
電極ユニット１０を外耳道から取り外す場合は、コイルの螺旋形状に沿って回転させながら引き出すことによって、円滑に取り出すことができる。
（第４実施形態）
図５、本発明の第４実施形態を示すもので、図５（ａ）は正面図、図５（ｂ）は側面図、図５（ｃ）は背面図、図５（ｄ）は軸線に沿った断面図である。
図５、本発明の第４実施形態を示すもので、図５（ａ）は正面図、図５（ｂ）は側面図、図５（ｃ）は背面図、図５（ｄ）は軸線に沿った断面図である。
電極ユニット１０は、外耳道に対して螺旋状に接触するように形成された外耳道接触部材１１と、外耳道接触部材１１を保持する保持部材２１とで構成される。
本実施形態では、外耳道接触部材１１と保持部材２１は一体的に形成され、導電性材料、例えば、導電性ゴム、導電性プラスチック等で形成され、あるいはＰＣ，ＰＰ，ＡＢＳ等のプラスチックの表面に、生体への影響が少ない金属材料、例えば、金等のメッキ処理が施されたもので形成される。
外耳道接触部材１１は、円筒部１３と、円筒部１３の外面に一体的に形成された螺旋状に配列した凸部１４とを有する。本実施形態では、凸部１４は、図５（ｃ）に示すように、螺旋の円周に沿って９０度間隔で等間隔で配置されているが、その他に、３０度や６０度などの等間隔で配置してもよく、あるいは、不等間隔で配置してもよい。
保持部材２１は、耳孔より大きい直径を有するストッパ部２２が設けられる。
凸部１４が配列する螺旋形状は、外耳道の内径に適合するように、例えば、先端の直径Ｄ１は４ｍｍ〜７ｍｍ程度に、ストッパ部２２から先端までの長さＬ１は１０ｍｍ〜１２ｍｍ程度に設計することが好ましい。また、凸部１４の幅は、例えば、０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度に、螺旋ピッチは、適切な間隙が得られるように、例えば、２ｍｍ〜４ｍｍ程度に設計することが好ましい。
ストッパ部２２の直径Ｄ２は、外耳道の内径より大きくなるように、例えば、１０ｍｍ〜１２ｍｍ程度に設計することが好ましい。
外耳道接触部材１１および保持部材２１には、連通孔２０が形成されており、外界からの音響が鼓膜側へ伝送される。
電極ユニット１０を計測装置に電気接続する場合、図５（ｄ）に示すように、例えば、バナナチップ等の弾性コネクタ３０を連通孔２０に挿入することにより、簡単かつ安定に電気接続が得られる。
こうした電極ユニット１０を外耳道に挿入する際、凸部１４の螺旋形状に沿って回転させながら挿入することによって、耳毛がコイル間隙に沿って整列し、耳あか等の異物を掻き落とすことなく、円滑に装着することができる。
電極ユニット１０を装着した状態では、外耳道接触部材１１が外耳道に対して間隙をもって部分的に接触しているため、外耳道接触部材１１と皮膚表面との間の接触が安定化して、皮膚と電極との間の接触抵抗を低く保つことができる。また、螺旋形状の凸部１４が皮膚に圧接することによって安定した保持が確保され、螺旋形状の間隙が皮膚圧力を緩和するため、被験者への負担を軽減できる。
電極ユニット１０を外耳道から取り外す場合は、凸部１４の螺旋形状に沿って回転させながら引き出すことによって、円滑に取り出すことができる。
（第５実施形態）
図６は、本発明の第５実施形態を示すもので、図６（ａ）は正面図、図６（ｂ）は側面図、図６（ｃ）は背面図、図６（ｄ）は軸線に沿った断面図である。
図６は、本発明の第５実施形態を示すもので、図６（ａ）は正面図、図６（ｂ）は側面図、図６（ｃ）は背面図、図６（ｄ）は軸線に沿った断面図である。
電極ユニット１０は、外耳道に対して螺旋状に接触するように、コイル状に形成された外耳道接触部材１１と、外耳道接触部材１１を保持するリング形状の保持部材２１とで構成される。
外耳道接触部材１１は、導電性材料、例えば、チタンやリン青銅等の金属や形状記憶合金等で形成されており、必要に応じて、その表面には、生体への影響が少ない金属材料、例えば、金等のメッキ処理が施されてもよい。
保持部材２１は、ＰＣ（ポリカーボネート），ＰＰ（ポリプロピレン），ＡＢＳ等のプラスチック等の電気絶縁材料で形成され、耳孔より大きい直径を有するストッパとしても機能する。
コイル形状は、外耳道の内径に適合するように、例えば、先端の直径Ｄ１は４ｍｍ〜７ｍｍ程度に、保持部材２１から先端までの長さＬ１は１０ｍｍ〜１２ｍｍ程度に設計することが好ましい。また、コイル線の直径は、例えば、０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度に設計することが好ましい。
本実施形態では、コイルのピッチは、密着巻きとなるように、コイル線の直径とほぼ等しく設計しており、これによりコイル全体の弾性が増加するとともに、外耳道皮膚との接触面積も増加させることができる。
ストッパとして保持部材２１の直径Ｄ２は、外耳道の内径より大きくなるように、例えば、１０ｍｍ〜１２ｍｍ程度に設計することが好ましい。保持部材２１の内径は、コイル直径Ｄ１より僅かに小さく設計しており、コイルの弾性保持を確保しつつ、長さＬ１を調整するためにコイルに沿って変位可能である。
外耳道接触部材１１は、コイルの内部に連通孔２０が形成されており、外界からの音響が鼓膜側へ伝送される。
コイルの根元部１２には、外部リード線が電気接続され、あるいはバナナチップ等の弾性コネクタ３０を連通孔２０に挿入しても構わない。
コイルの先端は、皮膚への引っ掻きを防止するため、内側に折り曲げられ、さらに連通孔２０に向かって保持部材２１側へ折り曲げられている。
こうした電極ユニット１０を外耳道に挿入する際、コイルの螺旋形状に沿って回転させながら挿入することによって、耳毛がコイル間隙に沿って整列し、耳あか等の異物を掻き落とすことなく、円滑に装着することができる。
電極ユニット１０を装着した状態では、外耳道接触部材１１が外耳道に対して間隙をもって部分的に接触しているため、外耳道接触部材１１と皮膚表面との間の接触が安定化して、皮膚と電極との間の接触抵抗を低く保つことができる。また、螺旋形状の凸部が皮膚に圧接することによって安定した保持が確保され、螺旋形状の間隙が皮膚圧力を緩和するため、被験者への負担を軽減できる。
電極ユニット１０を外耳道から取り外す場合は、コイルの螺旋形状に沿って回転させながら引き出すことによって、円滑に取り出すことができる。
（第６実施形態）
図７は、本発明の第６実施形態を示すもので、図７（ａ）は正面図、図７（ｂ）は側面図、図７（ｃ）は背面図、図７（ｄ）は軸線に沿った断面図である。
図７は、本発明の第６実施形態を示すもので、図７（ａ）は正面図、図７（ｂ）は側面図、図７（ｃ）は背面図、図７（ｄ）は軸線に沿った断面図である。
電極ユニット１０は、外耳道に対して螺旋状に接触するように、コイル状に形成された外耳道接触部材１１と、外耳道接触部材１１を保持するリング形状の保持部材２１とで構成される。
外耳道接触部材１１は、導電性材料、例えば、チタンやリン青銅等の金属や形状記憶合金等で形成されており、必要に応じて、その表面には、生体への影響が少ない金属材料、例えば、金等のメッキ処理が施されてもよい。
保持部材２１は、ＰＣ（ポリカーボネート），ＰＰ（ポリプロピレン），ＡＢＳ等のプラスチック等の電気絶縁材料で形成され、耳孔より大きい直径を有するストッパとしても機能する。
コイル形状は、外耳道の内径に適合するように、例えば、先端の直径Ｄ１は４ｍｍ〜７ｍｍ程度に、保持部材２１から先端までの長さＬ１は１０ｍｍ〜１２ｍｍ程度に設計することが好ましい。また、コイル線の直径は、例えば、０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度に設計することが好ましい。
本実施形態では、コイルのピッチは、保持部材２１から外側は密着巻きとなるように、コイル線の直径とほぼ等しく設計しており、保持部材２１から内耳側はコイルピッチを広げている。
ストッパとして保持部材２１の直径Ｄ２は、外耳道の内径より大きくなるように、例えば、１０ｍｍ〜１２ｍｍ程度に設計することが好ましい。保持部材２１の内径は、コイル直径Ｄ１より僅かに小さく設計しており、コイルの弾性保持を確保しつつ、長さＬ１を調整するためにコイルに沿って変位可能である。
外耳道接触部材１１は、コイルの内部に連通孔２０が形成されており、外界からの音響が鼓膜側へ伝送される。
コイルの根元部１２には、外部リード線が電気接続され、あるいはバナナチップ等の弾性コネクタ３０を連通孔２０に挿入しても構わない。
コイルの先端は、皮膚への引っ掻きを防止するため、内側に折り曲げられ、さらに連通孔２０に向かって保持部材２１側へ折り曲げられている。
こうした電極ユニット１０を外耳道に挿入する際、コイルの螺旋形状に沿って回転させながら挿入することによって、耳毛がコイル間隙に沿って整列し、耳あか等の異物を掻き落とすことなく、円滑に装着することができる。
電極ユニット１０を装着した状態では、外耳道接触部材１１が外耳道に対して間隙をもって部分的に接触しているため、外耳道接触部材１１と皮膚表面との間の接触が安定化して、皮膚と電極との間の接触抵抗を低く保つことができる。また、螺旋形状の凸部が皮膚に圧接することによって安定した保持が確保され、螺旋形状の間隙が皮膚圧力を緩和するため、被験者への負担を軽減できる。
電極ユニット１０を外耳道から取り外す場合は、コイルの螺旋形状に沿って回転させながら引き出すことによって、円滑に取り出すことができる。
（第７実施形態）
図８は、本発明の第７実施形態を示すもので、図８（ａ）は正面図、図８（ｂ）は側面図、図８（ｃ）は背面図、図８（ｄ）は軸線に沿った断面図である。
図８は、本発明の第７実施形態を示すもので、図８（ａ）は正面図、図８（ｂ）は側面図、図８（ｃ）は背面図、図８（ｄ）は軸線に沿った断面図である。
電極ユニット１０は、外耳道に対して環状に接触するように形成された外耳道接触部材１１と、外耳道接触部材１１を保持する保持部材２１とで構成される。
本実施形態では、外耳道接触部材１１と保持部材２１は一体的に形成され、導電性材料、例えば、導電性ゴム、導電性プラスチック等で形成され、あるいはＰＣ，ＰＰ，ＡＢＳ等のプラスチックの表面に、生体への影響が少ない金属材料、例えば、金等のメッキ処理が施されたもので形成される。
外耳道接触部材１１は、円筒部１３と、円筒部１３の外面に一体的に形成された環状の凸部１４とを有する。凸部１４は、円筒部１３から放射状に延びて、先端に向かって凸に湾曲した円板形状を成す。こうした凸部１４が軸線に沿って所定間隔で複数配置される。なお、ここでは湾曲した円板形状の例を示したが、平面的な円板形状でもよく、あるいは湾曲円板と平面円板との組合せでも構わない。
また、先端に位置する凸部１４は、他の凸部１４の直径と比べて小さく設計しており、これにより耳孔への挿入が容易になり、屈曲した外耳道にも適合できる。
保持部材２１は、耳孔より大きい直径を有するストッパ部２２が設けられる。
凸部１４の形状は、外耳道の内径に適合するように、例えば、直径Ｄ１は４ｍｍ〜７ｍｍ程度に、先端の直径Ｄ３は３ｍｍ〜６ｍｍ程度に、ストッパ部２２から先端までの長さＬ１は１０ｍｍ〜１２ｍｍ程度に設計することが好ましい。また、凸部１４の幅は、例えば、０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度に、凸部１４の配列ピッチは、適切な間隙が得られるように、例えば、２ｍｍ〜４ｍｍ程度に設計することが好ましい。
ストッパ部２２の直径Ｄ２は、外耳道の内径より大きくなるように、例えば、１０ｍｍ〜１２ｍｍ程度に設計することが好ましい。
外耳道接触部材１１および保持部材２１には、先細りテーパー状の連通孔２０が形成されており、外界からの音響が鼓膜側へ伝送される。
電極ユニット１０を計測装置に電気接続する場合、図８（ｄ）に示すように、例えば、バナナチップ等の弾性コネクタ３０を連通孔２０に挿入することにより、簡単かつ安定に電気接続が得られる。
こうした電極ユニット１０を外耳道に挿入する際、直線運動または螺旋運動で挿入することによって、凸部１４が弾性変形して、耳あか等の異物を掻き落とすことなく、円滑に装着することができる。
電極ユニット１０を装着した状態では、外耳道接触部材１１が外耳道に対して間隙をもって部分的に接触しているため、外耳道接触部材１１と皮膚表面との間の接触が安定化して、皮膚と電極との間の接触抵抗を低く保つことができる。また、凸部１４の先端が皮膚に圧接することによって安定した保持が確保され、螺旋形状の間隙が皮膚圧力を緩和するため、被験者への負担を軽減できる。
電極ユニット１０を外耳道から取り外す場合は、直線運動または螺旋運動で引き出すことによって、凸部１４が弾性変形して、円滑に取り出すことができる。
（第８実施形態）
図９は、本発明の第８実施形態を示すもので、図８（ａ）は正面図、図８（ｂ）は側面図、図８（ｃ）は背面図、図８（ｄ）は軸線に沿った断面図である。
図９は、本発明の第８実施形態を示すもので、図８（ａ）は正面図、図８（ｂ）は側面図、図８（ｃ）は背面図、図８（ｄ）は軸線に沿った断面図である。
電極ユニット１０は、外耳道に対して母線方向に沿って接触するように、線状に形成された外耳道接触部材１１ａ，１１ｂと、外耳道接触部材１１ａ，１１ｂを保持する保持部材２１とで構成される。
外耳道接触部材１１ａ，１１ｂは、導電性材料、例えば、チタンやリン青銅等の金属や形状記憶合金等で形成されており、必要に応じて、その表面には、生体への影響が少ない金属材料、例えば、金等のメッキ処理が施されてもよい。
保持部材２１は、ＰＣ（ポリカーボネート），ＰＰ（ポリプロピレン），ＡＢＳ等のプラスチック等の電気絶縁材料で形成され、耳孔より大きい直径を有するストッパ部２２と、内耳側に突出した筒部２３とを備える。
外耳道接触部材１１ａ，１１ｂは、筒部２３の先端を貫通した後、筒部２３の先端からストッパ部２２までの範囲で外耳道に向けて凸に湾曲しており、ストッパ部２２を貫通して、保持部材２１の外面で露出している。この露出した部分には、外部リード線が電気接続される。
外耳道接触部材１１ａ，１１ｂは、筒部２３の先端においてほぼ直交するように交差して、全体として軸線回りに９０度の等間隔で配置された４本の電極として機能する。外耳道接触部材１１ａと外耳道接触部材１１ｂが電気接触するように配置した場合、全体として１個の電極として機能する。また、外耳道接触部材１１ａと外耳道接触部材１１ｂが電気絶縁されるように配置した場合、例えば、信号電極とグランド電極のように、全体として２個の電極として機能させることができる。
本実施形態では、軸線回りに９０度の等間隔で４本の電極を配置した例を示したが、１本〜３本あるいは５本以上の電極を軸線回りに配置しても構わない。
外耳道接触部材１１ａ，１１ｂの全体形状は、外耳道の内径に適合するように、例えば、最大直径Ｄ１は４ｍｍ〜７ｍｍ程度に、先端の直径Ｄ３は３ｍｍ〜６ｍｍ程度に、ストッパ部２２から先端までの長さＬ１は１０ｍｍ〜１２ｍｍ程度に設計することが好ましい。また、外耳道接触部材１１ａ，１１ｂの形状は、幅が１ｍｍ〜３ｍｍ程度に、厚さが０．１ｍｍ〜３ｍｍ程度に設計することが好ましく、幅が大きい場合は、皮膚への引っ掻きを防止するため、外耳道との接触面は外に凸で湾曲していることが好ましい。
ストッパ部２２の直径Ｄ２は、外耳道の内径より大きくなるように、例えば、１０ｍｍ〜１２ｍｍ程度に設計することが好ましい。
外耳道接触部材１１ａ，１１ｂは、放射状に配置された線状部材であるため、外界からの音響を鼓膜側へ伝送することが可能であり、さらに、保持部材２１にも連通孔２０が形成されており、外界からの音響が鼓膜側へ伝送される。
こうした電極ユニット１０を外耳道に挿入する際、直線運動で挿入することによって、耳毛が間隙に沿って整列し、耳あか等の異物を掻き落とすことなく、円滑に装着することができる。
電極ユニット１０を装着した状態では、外耳道接触部材１１ａ，１１ｂが外耳道に対して間隙をもって部分的に接触しているため、外耳道接触部材１１ａ，１１ｂと皮膚表面との間の接触が安定化して、皮膚と電極との間の接触抵抗を低く保つことができる。また、外耳道接触部材１１ａ，１１ｂの湾曲部が皮膚に圧接することによって安定した保持が確保され、その間隙が皮膚圧力を緩和するため、被験者への負担を軽減できる。
電極ユニット１０を外耳道から取り外す場合は、直線運動で引き出すことによって、円滑に取り出すことができる。
（第９実施形態）
図１０は、本発明に係る生体情報計測装置の一例を示すブロック図である。上述した各実施形態に係る電極ユニットは、被験者Ｐの右側外耳道及び／又は左側外耳道に装着され、信号ケーブルを通じて脳波、心拍、体温等の生体情報を含む電気信号が取り出される。一方、グランド電極は、被験者Ｐの右側耳たぶ及び／又は左側耳たぶに装着される。
図１０は、本発明に係る生体情報計測装置の一例を示すブロック図である。上述した各実施形態に係る電極ユニットは、被験者Ｐの右側外耳道及び／又は左側外耳道に装着され、信号ケーブルを通じて脳波、心拍、体温等の生体情報を含む電気信号が取り出される。一方、グランド電極は、被験者Ｐの右側耳たぶ及び／又は左側耳たぶに装着される。
電極ユニットの装着形態として、ａ）電極ユニットを右側外耳道だけに装着し、グランド電極を右側耳たぶだけに装着する、ｂ）電極ユニットを右側外耳道だけに装着し、グランド電極を左側耳たぶだけに装着する、ｃ）電極ユニットを左側外耳道だけに装着し、グランド電極を右側耳たぶだけに装着する、ｄ）電極ユニットを左側外耳道だけに装着し、グランド電極を左側耳たぶだけに装着する、ｅ）電極ユニットを右側外耳道および左側外耳道の両方に装着し、グランド電極を右側耳たぶだけに装着する、ｆ）電極ユニットを右側外耳道および左側外耳道の両方に装着し、グランド電極を左側耳たぶだけに装着する、ｇ）電極ユニットを右側外耳道および左側外耳道の両方に装着し、グランド電極を右側耳たぶおよび左側耳たぶの両方に装着する、が想定される。
生体情報計測装置は、外耳道の両方または一方に装着される電極ユニットと、信号処理部５０と、信号演算部６０などで構成される。
信号処理部５０は、右側外耳道および左側外耳道に装着された電極ユニットからの信号を増幅するアンプ５１，５２と、各アンプ５１，５２からの信号を所定の周波数帯域でノイズ除去を行うフィルタ５３，５４と、各フィルタ５３，５４からの信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器５５，５６と、各Ａ／Ｄ変換器５５，５６からののデジタル信号の論理和を計算するＯＲ回路５７と、ＯＲ回路５７からのデジタル信号を格納するためのメモリユニット５８などで構成される。
ＯＲ回路５７は、右側信号または左側信号にエラー信号やノイズが重畳した場合、２つの信号の加算によってＳ／Ｎ比を改善する役割を果たす。
メモリユニット５８は、ＵＳＢメモリ、ＳＤメモリカード、ＣＦメモリカード等のリムーバルメモリとして構成することができる。
信号演算部６０は、一般のパーソナルコンピュータで構成可能であり、メモリユニット５８と接続するためのインタフェース（Ｉ／Ｆ）部６１と、マイクロプロセッサ等の演算部６２と、データやプログラムを格納するためのＲＡＭ６３と、バードディスクや書き換え可能な光ディスクなどのデータ記憶部６４と、演算結果を表示するための表示部６５などで構成され、その他にキーボードやポインティングデバイス、ネットワークＩ／Ｆ回路等を備えてもよい。
ここで、例として脳波計測について説明する。被験者Ｐの右側外耳道から取り出された電気信号は、アンプ５１、フィルタ５３、Ａ／Ｄ変換器５５を通過してデジタルデータに変換される。被験者Ｐの左側外耳道から取り出された電気信号は、アンプ５２、フィルタ５４、Ａ／Ｄ変換器５６を通過してデジタルデータに変換される。両者のデジタルデータは、ＯＲ回路５７によって論理和が計算され、Ｓ／Ｎ比が改善される。得られたデジタルデータは、メモリユニット５８に順次格納される。
一連の計測が終わると、信号処理部５０からメモリユニット５８を取り外して、信号演算部６０のＩ／Ｆ部６１に接続し、メモリユニット５８に格納されたデータを読み出して、いったんデータ記憶部６４に格納する。続いて、睡眠状態解析プログラムを起動して、被験者Ｐの睡眠状態（例えば、レム睡眠やノンレム睡眠の期間、周期、深さ）を解析することによって、被験者Ｐの睡眠障害の程度を客観的に把握することができる。
なお、以上の構成では、信号処理部５０と信号演算部６０との間のデータ伝送にメモリユニット５８を使用する例を説明したが、代替として、ＯＲ回路５７の後段に送信機を設け、Ｉ／Ｆ部６１の前段に受信機を設けて無線伝送することも可能である。
本発明に係る外耳道電極ユニットおよびこれを用いた生体情報計測装置は、脳波、心拍、体温等の生体情報を簡便かつ安定して計測可能である点で産業上極めて有用である。
１０ 電極ユニット
１１，１１ａ，１１ｂ 外耳道接触部材
１２ 根元部
１３ 円筒部
１４ 凸部
２０ 連通孔
２１ 保持部材
２２ ストッパ部
２３ 筒部
３０ 弾性コネクタ
５０ 信号処理部
６０ 信号演算部
１１，１１ａ，１１ｂ 外耳道接触部材
１２ 根元部
１３ 円筒部
１４ 凸部
２０ 連通孔
２１ 保持部材
２２ ストッパ部
２３ 筒部
３０ 弾性コネクタ
５０ 信号処理部
６０ 信号演算部
Claims (9)
- 外耳道に挿入した状態で、生体の電気信号を取り出すための電極ユニットであって、
外耳道に対して間隙をもって部分的に接触し、導電性材料からなる外耳道接触部材を備え、
外耳道接触部材には、外界からの音響を鼓膜側へ伝送するための連通孔が設けられていることを特徴とする外耳道電極ユニット。 - 外耳道接触部材は、外耳道に対して螺旋状に接触する凸部を有することを特徴とする請求項１記載の外耳道電極ユニット。
- 外耳道接触部材は、コイル状に形成されており、
外耳道接触部材を保持する保持部材は、コイル内部に配置されたテーパー状の筒部を有することを特徴とする請求項２記載の外耳道電極ユニット。 - 外耳道接触部材は、円筒部と、円筒部の外面に一体的に形成された螺旋状の凸部とを有することを特徴とする請求項２記載の外耳道電極ユニット。
- 外耳道接触部材は、多条コイル状に形成されていることを特徴とする請求項２記載の外耳道電極ユニット。
- 外耳道接触部材は、外耳道に対して環状に接触する凸部を有することを特徴とする請求項１記載の外耳道電極ユニット。
- 外耳道接触部材は、外耳道に向けて湾曲した線状部材を有することを特徴とする請求項１記載の外耳道電極ユニット。
- 請求項１〜７のいずれかに記載の外耳道電極ユニットと、
外耳道電極ユニットで取り出された電気信号を処理するための信号処理部を備えることを特徴とする生体情報計測装置。 - 右側外耳道に挿入される第１外耳道電極ユニットと、
左側外耳道に挿入される第２外耳道電極ユニットと、
右側耳介及び／又は左側耳介に装着されるグランド電極ユニットと、
第１外耳道電極ユニットで取り出された電気信号をデジタル値に変換するための第１アナログデジタル変換器と、
第２外耳道電極ユニットで取り出された電気信号をデジタル信号に変換するための第２アナログデジタル変換器と、
第１アナログデジタル変換器からのデジタル信号と第２アナログデジタル変換器からのデジタル信号の論理和を計算する論理和回路と、
該論理和を演算するための信号演算部を備えることを特徴とする生体情報計測装置。
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