JP2011005176A - 耳介装着具及び生体信号測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、感度を向上する。
【解決手段】本発明は、耳介の付け根に沿って形成された支持板２の末端部分に基準電極３が設けられ、耳ポケットに保持可能な構造とされる検出電極６が設けられようにしたこれにより、検出電極６と該耳ポケットの表面との接触面積を確保しつつ、骨に対向する表面に当接されるので、ある一定の測定感度を維持しながら安全性を向上することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は耳介装着具及び生体信号測定装置に関し、例えば生体内におけて生じ伝わる波動を電気信号として取得する分野などに適応して好適なものである。

従来、脳波等の生体信号を取得する装置は、多数の電極が設けられたヘッドギア等を被験者に装着させることにより、該被験者の頭部に多数の電極を接触させ、該多数の電極から生体信号としての電気信号を取得するものがある。

このような装置では、多数の電極を頭皮に接触するように装着させなくてはならず煩雑な作業を強いるばかりでなく、多数の電極を装着した状態で長時間拘束させるため、被験者に不快感を与えるなどの負担を強いることになる。

そこで、外耳道に挿入されるスプリング状の電極を用いて脳波等を取りだす外耳道電極ユニットが提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００８−６７９１１公報

ところで上述した外耳道電極ユニットは、外耳道に挿入されるものであるため、該外耳道の内径よりも小さい範囲に位置するよう設計される。従って、スプリング状の電極を外耳道に挿入した場合、スプリング状の電極と外耳道の内面との間には隙間が形成され、該隙間が生体内に伝わる波動を電気信号として取り出す際の感度を極端に悪くする要因となってしまう。

また外耳道の奥の方には神経が集中しており、外耳道に挿入する電極では、例えば睡眠時における寝返りの際に枕との接触で奥の方まで入ってしまうことが想定し得る。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、ある一定の測定感度を維持しながら安全性を向上し得る耳介装着具及び生体信号測定装置を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明においては、耳介装着具であって、耳朶に配される基準電極と、耳介周辺の骨に対向する表面に配される検出電極と、基準電極及び検出電極を支持する支持体とを有する。

また本発明は、生体信号測定装置であって、耳朶に配される基準電極と、耳介周辺の骨に対向する表面に配される検出電極と、基準電極及び検出電極を支持する支持体とを有する耳介装着具と、基準電極と、検出電極との電位差を生体信号として増幅するアンプとを有する。

これにより、耳介装着具が装着者の耳介に装着される際、基準電極が耳朶に配され、検出電極が耳介周辺の骨に対向する表面に配されるので、装着者に伝わる波動を、空気層を介することなく直に生体信号として取得することが可能となり、また耳介周辺の骨に対向する表面に検出電極が配されるので安全性も確保することができる。

以上のように本発明によれば、耳介装着具が装着者の耳介に装着される際、基準電極が耳朶に配され、検出電極が耳介周辺の骨に対向する表面に配されるので、装着者に伝わる波動を、空気層を介することなく直に生体信号として取得することが可能となり、またまた耳介周辺の骨に対向する表面に検出電極が配されるので安全性も確保することができ、かくしてある一定の測定感度を維持しながら安全性を向上し得る耳介装着具及び生体信号測定装置を実現できる。

第１の実施の形態における生体信号測定装置の構成を示す略線図である。 基準電極の構成を示す略線図である。 ぜんまいばねロッドの構成を示す略線図である。 第１の実施の形態における生体信号測定装置の装着状態を示す略線図である。 第１の実施の形態における信号処理部の回路構成を示す略線図である。 第２の実施の形態における生体信号測定装置の構成を示す略線図である。 第２の実施の形態における生体信号測定装置の装着状態を示す略線図である。 第２の実施の形態における信号処理部の回路構成を示す略線図である。 第２の実施の形態における脳波測定結果を示す略線図である。 第３の実施の形態における生体信号測定装置の構成を示す略線図である。 第３の実施の形態における信号処理部の回路構成を示す略線図である。 第３の実施の形態における脳波測定結果を示す略線図である。 他の実施の形態における生体信号測定装置（１）の構成を示す略線図である。 他の実施の形態における生体信号測定装置（２）の構成を示す略線図である。 他の実施の形態における生体信号測定装置（３）の構成を示す略線図である。

以下、発明を実施するための形態について説明する。なお、説明は以下の順序とする。
１．第１の実施の形態
２．第２の実施の形態
３．第３の実施の形態
４．他の実施の形態

＜１．第１の実施の形態＞
［１−１．生体信号測定装置の構成］
図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、第１の実施の形態における生体信号測定装置１は、耳介の付け根に沿って配される支持板２、耳朶に装着される基準電極３、コネクタ４、耳介に引っ掛け可能なぜんまいばねロッド５及び検出電極６によって構成される。

支持板２は、例えばプラスチック材でなり、耳介の付け根に沿って配されるよう弓状に形成される。この支持板２は、生体信号測定装置１が耳介に装着された場合、末端部分が耳朶近傍に位置するように形成される。

支持板２の末端部分の表面２Ａ側には、基準電極３が取り付けられる。この基準電極３は、例えば金属材の導電体でなり、図２に示すように、支持板２の末端部分とクリップ３Ｂの一端部分とが鋲３Ｃで固定される。

基準電極３には、クリップ３Ｂの他端側に設けられた連結部３Ｄを介して電極板３Ａが設けられる。この電極板３Ａは、耳朶と同程度の表面積のコイン形状でなり、支持板２に対して連結部３Ｄを支点として離間する方向又は接近する方向へ回転可能に連結される。

一方、支持板２（図１）の先端部分には、コネクタ４を介してぜんまいばねロッド５、及び例えば導電性のプラスチックでなる検出電極６からなる検出ユニット７が取り付けられおり、該検出ユニット７は、支持板２に対して脱着自在である。

ぜんまいばねロッド５は、図３に示すように、信号線５Ａ、シールド５Ｂ、線状ばね５Ｃを例えばゴム等の弾性材でなるチューブ５Ｄが覆うように構成される。信号線５Ａは、一端に検出電極６が接続され、他端にコネクタ４が接続される。

シールド５Ｂは、信号線５Ａを覆うように網目状に形成された金属材でなり、外部から進入する電波等のノイズを信号線５Ａから遮蔽する。このシールド５Ｂは、一端がコネクタ４に接続され、該コネクタ４を介して接地される。

線状ばね５Ｃは、例えば円弧状に形成されており、ぜんまいばねロッド５全体をその形状に合わせて該円弧状に形成させる。また線状ばね５Ｃは、所定の力が加えられた場合、元の形状に戻ろうとする付勢力を生じる。

このようにぜんまいばねロッド５は、コネクタ４と検出電極６とを信号線５Ａを介して接続し、シールド５Ｂにより外部からのノイズを遮蔽すると共に、線状ばね５Ｃにより外部からの力に対してその形状を維持し続けるような付勢力を生じさせる。

検出電極６は、例えばその先端が丸い略円錐形状でなり、耳介の耳輪脚と下対輪脚との間の窪み部分（以下、これを耳ポケットとも呼ぶ）にその先端が嵌り、また先端が耳ポケットに嵌められた際に錐面が耳ポケットの表面に当接する程度に形成される。

支持板２の内部には、信号処理部（図示せず）が搭載され、該信号処理部には、基準電極３と、コネクタ４及び信号線５Ａを介して検出電極６とが接続される。

ところで、生体信号測定装置１が装着者の耳介に装着される際、まず、支持板２に対して検出電極６が離れるようにぜんまいばねロッド５が伸ばされる。そして支持板２の末端部分が耳朶付近に位置するように該支持板２が耳介の付け根に当接されると共に、ぜんまいばねロッド５が船状窩と対向する付け根部分（上側付け根）に当接される。

続いて基準電極３が電極板３Ａとクリップ３Ｂ及び鋲３Ｃとで耳朶を挟むようにして固定される。このとき電極板３Ａ、クリップ３Ｂ及び鋲３Ｃが耳朶と接触するように固定されるので、該電極板３Ａ、クリップ３Ｂ及び鋲３Ｃが電極として機能するようになされている。なお、電極板３Ａは、耳朶程度の大きさのコイン形状であるため、装着者に対して耳朶に挟むときには持ちやすくさせることができるようになされている。

一方、検出電極６は、その先端が耳ポケットに当接される位置に嵌るように配置される。検出電極６が耳ポケットに配された際、ぜんまいばねロッド５は、付勢力により支持板２を耳介の付け根に押し付ける。

このようにして生体信号測定装置１は、図４（Ａ）に示すように、基準電極３が耳朶に固定され、またぜんまいばねロッド５が上側付け根に当接され、さらに検出電極６が耳ポケットに嵌るように固定されるので、これら３点支持により装着者の耳に固定される。

また生体信号測定装置１は、装着者の耳介に装着された際に支持板２と検出電極６とが近づく方向に付勢力が生じるようにぜんまいばねロッド５が形成されている。そのため生体信号測定装置１は、装着者の耳介に装着された際、ぜんまいばねロッド５の付勢力で支持板２を耳介付け根に押し付けるように固定されるので、装着者の耳から外れることを防止することができる。

さらに生体信号測定装置１は、ぜんまいばねロッド５が変形することにより、装着者に対して容易に脱着させることができると共に、複数の装着者における耳介形状の個人差による耳ポケットの位置の差にも対応することができる。

ところで生体信号測定装置１は、検出電極６を耳ポケットに固定させるだけでなく、ぜんまいばねロッド５を変形させることにより、図４（Ｂ）に示すように、検出電極６を外耳道に挿入させ得るようになされている。この場合も生体信号測定装置１は、ぜんまいばねロッド５の付勢力で支持板２を耳介付け根に押し付けるように固定されるので、装着者の耳介から外れることを防止することができる。

［１−２．信号処理部の構成］
図５において、支持板２に設けられた信号処理部３０の構成を示す。この信号処理部３０は、差動アンプ３１、フィルタ３２、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換部３３、解析部３４、メモリ３５及び通信部３６を含む構成とされる。

信号処理部３０は、これら各部３１〜３６に対して、例えば支持板２に設けられる操作部から測定開始命令を受けた場合には電池等の電源電圧を供給し、該操作部から測定停止命令を受けた場合には電源電圧の供給を遮断するようになされている。

差動アンプ３１は、支持板２の末端部分に設けられた基準電極３と、コネクタ４、信号線５Ａを介して接続される検出電極６との電位差を生体信号として増幅し、該増幅した生体信号をフィルタ３２に与える。

フィルタ３２には、測定対象とすべき周波数帯域が設定される。フィルタ３２は、設定される周波数帯域以外の信号成分を除去し、該除去した生体信号をＡ／Ｄ変換部３３に与える。

この実施の形態では、測定対象とすべき周波数帯域は脳波に対応する周波数帯域とされ、該脳波に対応する周波数帯域以外の信号成分が除去された生体信号（以下、これを脳波信号とも呼ぶ）がＡ／Ｄ変換部３３に与えられる。

ちなみに脳波に対応する周波数帯域には、デルタ波（１〜３[Ｈｚ]）、シータ波（４〜７[Ｈｚ]）、アルファ波（８〜１３[Ｈｚ]）、ベータ波（１４〜３０[Ｈｚ]）、ガンマ波（３１〜６４[Ｈｚ]）、オメガ波（６５〜１２８[Ｈｚ]）、ロー波（１２９〜５１２[Ｈｚ]）、シグマ波（５１３〜１０２４[Ｈｚ]）があるが、これら一部又は全部が測定対象とすべき周波数帯域として、所定の操作部で変更可能に設定される。

Ａ／Ｄ変換部３３は、脳波信号をディジタルデータ（以下、これを脳波データとも呼ぶ）に変換し、該脳波データを解析部３４に与える。

解析部３４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＣＰＵのワークメモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）を含む構成とされる。このＲＯＭには、解析処理を実行させるプログラムなどが記憶される。

解析部３４は、測定の開始命令を受けた場合、ＲＯＭに格納されるプログラムをＲＡＭに展開し、該プログラムにしたがって各種処理を実行するようになされており、Ａ／Ｄ変換部３３から与えられる脳波データをメモリ３５に記憶する。

また解析部３４は、Ａ／Ｄ変換部３３から与えられる脳波データに基づいて、ノンレム睡眠又はレム睡眠のステージを判定し、その判定結果を脳波データに関連付けるようになされている。

なお、ステージの判定は、例えば、単位時間当たりのデルタ波、シータ波又はアルファ波などの出現率や、所定の出現率が持続する期間などを要素として判定される。

通信部３６は、例えば無線通信により、解析部３４から与えられる脳波データやメモリ３５に記憶された脳波データを操作部からの命令に応じて、所定の外部機器に送信し得るようになされている。

［１−３．動作及び効果］
以上の構成において、生体信号測定装置１は、耳介の付け根に沿って形成された支持板２の末端部分に基準電極３が設けられる。また生体信号測定装置１は、柔軟性を有する線状の部材でなるぜんまいばねロッド５を介して支持板２と連結され、かつ耳ポケットに保持可能な構造とされる検出電極６が設けられる。

そして生体信号測定装置１は、装着者の耳介に装着された際、基準電極３が耳朶に配され、検出電極６が耳ポケットに嵌るようにして当接されて固定されるので、接触面積が確保されて一定の測定感度を維持することができる。これにより生体信号測定装置１は、装着者に伝わる波動を、空気層を介することなく直に生体信号として取得することが可能である。

また検出電極６は、側頭骨と対向した耳ポケットと当接するようにして固定されているので、例えば睡眠時における寝返りの際に枕と接触した場合においても、装着者に対してほとんど痛みなどを与えることなく、より安全性を向上することができる。

また生体信号測定装置１は、従来のような外耳道電極ユニットと比較して、検出電極６が外耳道を塞ぐことがないので、装着させている間に音が聞こえ難いといった不便を強いることなく、装着者にとって快適な装着感を提供することができる。

さらに生体信号測定装置１は、側頭骨と対向し、また筋肉がほとんどない耳介の耳輪脚と下対輪脚との間の窪みである耳ポケットの表面に検出電極６を配させるようにした。これにより生体信号測定装置１は、検出電極６により脳波を測定する場合、筋電位の影響をほとんど受けることがないので、精度よく脳波を測定することができる。

さらに生体信号測定装置１は、検出電極６が耳ポケットの表面に当接する程度に形成されているので、検出電極６が装着された際、該耳ポケットの表面との接触面積を大きくすることができるので、より測定感度を向上することができる。

また生体信号測定装置１は、睡眠時に枕との接触を減らすことができ、睡眠の阻害の程度を大幅に緩和することができる。

以上の構成によれば、耳介の付け根に沿って形成された支持板２の末端部分に基準電極３が設けられ、耳ポケットに保持可能な構造とされる検出電極６が設けられるようにした。これにより生体信号測定装置１は、検出電極６と耳ポケットの表面との接触面積を確保しつつ、骨に対向する表面に当接されるので、ある一定の測定感度を維持しながら安全性を向上することができる。

＜２．第２の実施の形態＞
［２−１．生体信号測定装置の構成］
図６（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、第２の実施の形態における生体信号測定装置５１は、支持板５２、基準電極５３、第１検出電極５４、第２検出電極５５、上フック部５６及び下フック部５７によって構成される。

支持板２は、例えばプラスチック材でなり、耳介の付け根に沿って配されるよう弓状に形成される。この支持板２は、生体信号測定装置５１が耳介に装着された場合、耳介の上側付け根と髪の生え際との間から該耳介の付け根に沿って乳様突起と対向する位置までの長さ程度に形成される。

支持板５２の末端部分は、例えばビニールにより覆われた信号線５３Ｅを介して基準電極５３が設けられる。この基準電極５３は、例えば金属材の導電体でなり、第１の実施の形態における基準電極３の電極板３Ａ、クリップ３Ｂ及び連結部３Ｄと同様の形状でなる電極板５３Ａ、クリップ５３Ｂ及び連結部５３Ｄにより構成される。

支持板５２の当接面５２Ａには、生体信号測定装置５１が耳介に装着された際に装着者の乳様突起と対向する表面（以下、これを乳様突起対向面とも呼ぶ）と当接する位置に第１検出電極５４が設けられる。

また支持板５２の当接面５２Ａには、生体信号測定装置５１が耳介に装着された際に、耳介の上側付け根と髪の生え際との間から乳様突起対向面の上方までの表面（以下、これを耳上面とも呼ぶ）と当接する位置に第２検出電極５５が設けられる。

さらに支持板５２には、生体信号測定装置５１が耳介に装着された際の耳介側の先端部分に、例えば金属材の針金をゴム等の弾性体で覆うように形成された上フック部５６が設けられる。

上フック部５６は、屈曲点５６Ａ及び５６Ｂで折り曲げられた略「Ｚ」字状に形成される。屈曲点５６Ａは、耳介の上側付け根に沿うように曲げられる。また上フック部５６の屈曲点５６Ａ及び５６Ｂ間は、支持板５２の長さ方向に沿い、生体信号測定装置５１が耳介に装着された際に屈曲点５６Ｂが三角窩と耳甲介との間に位置する長さ程度に形成される。

一方、支持板５２には、生体信号測定装置５１が耳介に装着された際の耳介側の末端部分に、例えば金属材の針金をゴム等の弾性体で覆うように形成された下フック部５７が設けられる。

下フック部５７は、屈曲点５７Ａ及び５７Ｂで折り曲げられた略「Ｚ」字状に形成される。下フック部５７における支持板５２との接着部分から屈曲点５７Ａまでの部分は、生体信号測定装置５１が耳介に装着された際に屈曲点５７Ａが耳朶の下方に位置する長さ程度に形成される。屈曲点５７Ａは、耳介の下側付け根に沿うように曲げられて形成される。

下フック部５７の屈曲点５７Ａ及び５７Ｂ間は、支持板５２の長さ方向に沿い、生体信号測定装置５１が耳介に装着された際に屈曲点５７Ｂが耳甲介に位置する長さ程度に形成される。

さらに上フック部５６及び下フック部５７は、支持板５２の背面５２Ｂから当接面５２Ａへ向かう方向（図５（Ｃ）のＡ方向）に若干湾曲して形成される。

支持板５２の内部には、信号処理部（図示せず）が搭載され、該信号処理部には、基準電極５３、第１検出電極５４及び第２検出電極５５が接続される。

ところで、生体信号測定装置５１が装着者の耳に装着される際、まず、上フック部５６及び下フック部５７が互いに離れるように引っ張られる。そして支持板５２が耳介の付け根に位置し、上フック部５６の屈曲点５６Ａが耳介の上側付け根に位置し、さらに下フック部５７の屈曲点５７Ａが耳朶下方に位置するように移動される。

続いて上フック部５６の屈曲点５６Ｂが三角窩と耳甲介との間に当接されるように配置され、下フック部５７の屈曲点５７Ｂが耳甲介に当接されるように配置される。

このとき上フック部５６は、屈曲点５６Ｂを支点として、上フック部５６が元の形状に戻ろうとする力により支持板５２を引き付ける。また下フック部５７は、屈曲点５７Ｂを支点として、下フック部５７が元の形状に戻ろうとする力により支持板５２を引き付ける。

従って支持板５２は、図７に示すように、上フック部５６及び下フック部５７により耳介方向に引っ張られることにより、第１検出電極５４及び第２検出電極５５がそれぞれ乳様突起対向面及び耳上面に一定の押し付ける力で当接されるようにして固定される。

続いて基準電極５３の電極板５３Ａとクリップ５３Ｂとで耳朶を挟むようにして固定される。このとき電極板５３Ａ及びクリップ５３Ｂが耳朶と接触するように固定されるので、該電極板５３Ａ及びクリップ５３Ｂが電極として機能するようになされている。なお、電極板５３Ａは、耳朶程度の大きさのコイン形状であるため、装着者に対して耳朶に挟むときには持ちやすくさせることができるようになされている。

このようにして装着された生体信号測定装置５１は、上フック部５６の屈曲点５６Ｂが三角窩と耳甲介との間に当接され、また下フック部５７の屈曲点５７Ｂが耳甲介に当接され、さらに支持板５２が耳介の付け根に当接されて固定される。

また生体信号測定装置５１は、上フック部５６及び下フック部５７が元の形状に戻ろうとする力により支持板５２を耳介に押し付けるように固定されるので、装着者の耳から外れることを防止することができる。

さらに生体信号測定装置５１は、上フック部５６及び下フック部５７が変形することにより、装着者に対して容易に脱着させることができる。また生体信号測定装置５１は、上フック部５６及び下フック部５７が屈曲点５６Ｂ及び５７Ｂで屈曲されているので、該屈曲点５６Ｂ及び５７Ｂが設けられていない場合と比してより安全でかつ装着者により痛みを与えないようになされている。

［２−２．支持板に設けられた信号処理部の構成］
図８において、支持板５２に設けられた信号処理部６０の構成を示す。この信号処理部６０は、差動アンプ６１、フィルタ６２、Ａ／Ｄ変換部６３、解析部６４、メモリ６５及び通信部６６を含む構成とされる。

信号処理部６０は、これら各部６１〜６６に対して、例えば支持板５２の表面に設けられる操作部から測定開始命令を受けた場合には電池等の電源電圧を供給し、該操作部から測定停止命令を受けた場合には電源電圧の供給を遮断するようになされている。

差動アンプ６１は、基準電極５３と、第１検出電極５４及び第２検出電極５５との電位差を生体信号としてそれぞれ増幅し、当該増幅した生体信号をフィルタ６２に与える。

フィルタ６２には、測定対象とすべき周波数帯域が設定される。フィルタ６２は、設定される周波数帯域以外の信号成分を除去し、当該除去した生体信号をＡ／Ｄ変換部６３に与える。Ａ／Ｄ変換部６３は、脳波信号を脳波データに変換し、該脳波データを解析部６４に与える。

解析部６４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＣＰＵのワークメモリであるＲＡＭを含む構成とされる。このＲＯＭには、解析処理を実行させるプログラムなどが記憶される。解析部６４は、測定が開始命令を受けた場合、ＲＯＭに格納されるプログラムをＲＡＭに展開し、該プログラムにしたがって各種処理を実行するようになされている。

解析部６４は、Ａ／Ｄ変換部６３から与えられる脳波データをメモリ６５に記憶する。また解析部６４は、Ａ／Ｄ変換部６３から与えられる脳波データに基づいて、ノンレム睡眠又はレム睡眠のステージを判定し、その判定結果を脳波データに関連付けるようになされている。

通信部６６は、例えば無線通信により、解析部６４から与えられる脳波データやメモリ６５に記憶された脳波データを操作部からの命令に応じて、所定の外部機器に送信し得るようになされている。

［２−３．測定結果］
次に生体信号測定装置５１によって測定された第１検出電極５４での脳波データに対して周波数解析を行い、該脳波データにおけるアルファ波、デルタ波、シータ波及びベータ波の割合を図９（Ａ）のグラムに示す。

また生体信号測定装置５１によって測定された脳波データの比較のために、該生体信号測定装置５１の基準電極５３を基準電極とし、装着者の額に検出電極が配され、該基準電極と検出電極との電位差に基づいて脳波データが測定された。そして該脳波データにおけるアルファ波、デルタ波、シータ波及びベータ波の割合を図９（Ｂ）のグラムに示す。

図９（Ａ）及び（Ｂ）からも明らかなように、乳様突起対向面に第１検出電極を配した場合と、額に検出電極を配した場合とで、ほぼ同様の割合の脳波周波数成分が検出されていることがわかる。

このことから、生体信号測定装置５１は、装着者の耳朶に基準電極５３が配され、乳様突起対向面に第１検出電極５４が配される構成においても、額に検出電極を配した場合と同様に脳波を精度よく検出することができる。

なお、生体信号測定装置５１は、耳上面に配された第２検出電極５５についても、額に検出電極を配した場合と同様に脳波を精度よく検出することができる。

［２−４．動作及び効果］
以上の構成において、生体信号測定装置５１は、耳介の付け根に沿って形成され、装着された際に耳介の付け根と髪の生え際との間の表面と対向する当接面５２Ａを有する支持板５２が設けられる。

また生体信号測定装置５１は、支持板５２の末端部分に信号線５３Ｅを介して基準電極５３が設けられる。さらに生体信号測定装置１は、支持板５２の当接面５２Ａ上の乳様突起と対向する部分に第１検出電極５４が設けられ、支持板５２の当接面５２Ａ上の耳介の上側付け根と髪の生え際との間の表面と対向する部分に第２検出電極５５が設けられる。

そして生体信号測定装置５１は、装着者の耳介に装着された際、基準電極５３が耳朶に配され、第１検出電極５４が乳様突起対向面に当接され、さらに第２検出電極５５が耳上面に当接されるので、接触面積が確保されて一定の測定感度を維持することができる。これにより生体信号測定装置５１は、装着者に伝わる波動を、空気層を介することなく直に生体信号として取得することが可能である。

また第１検出電極５４及び第２検出電極５５は、側頭骨と対向した表面と当接するので、例えば睡眠時における寝返りの際に枕と接触した場合においても、装着者に対してほとんど痛みなどを与えることなく、より安全性を向上することができる。

また生体信号測定装置５１は、外耳道電極ユニットと比較して、第１検出電極５４及び第２検出電極５５が外耳道を塞ぐことがないので、装着させている間に音が聞こえ難いといった不便を強いることなく、装着者にとって快適な装着感を提供することができる。

さらに生体信号測定装置５１は、側頭骨と対向し、また筋肉がほとんどない乳様突起対向面及び耳上面に第１検出電極５４及び第２検出電極５５を配させるようにした。これにより生体信号測定装置５１は、第１検出電極５４及び第２検出電極５５により脳波を測定する場合、筋電位の影響をほとんど受けることがないので、精度よく脳波を測定することができる。

また生体信号測定装置５１は、睡眠時に枕との接触を減らすことができ、睡眠の阻害の程度を大幅に緩和することができる。

また生体信号測定装置５１は、三角窩と耳甲介との間に当接される屈曲点５６Ｂを有し、耳介の上側付け根に沿うように屈曲点５６Ａで曲げられて支持板５２の上部に連結される線状の部材でなる上フック部５６が設けられる。

また生体信号測定装置５１は、耳甲介に当接される屈曲点５７Ｂを有し、耳介の下側付け根に沿うように屈曲点５７Ａで曲げられて支持板５２の下部に連結される線状の部材でなる下フック部５７が設けられる。

これにより生体信号測定装置５１は、装着者の耳介に装着される際、屈曲点５６Ｂ及び５７Ｂを支点として、支持板５２を耳介に押し付けるようにして固定されるので、装着者の耳から外れることを防止することができる。

以上の構成によれば生体信号測定装置５１は、耳介の付け根に沿って形成され、耳介の付け根と髪の生え際との間の表面と対向する当接面５２Ａを有する支持板５２と、耳朶に配される基準電極５３と、当接面５２Ａに設けられる第１検出電極５４及び第２検出電極５５を有する。これにより生体信号測定装置５１は、第１検出電極５４及び第２検出電極５５と乳様突起対向面及び耳上面との接触面積を確保しつつ、骨に対向する表面に当接されるので、ある一定の測定感度を維持しながら安全性を向上することができる。

＜３．第３の実施の形態＞
［３−１．生体信号測定装置の構成］
図１０に示すように、第３の実施の形態における生体信号測定装置７１は、基準電極７２、検出電極７３、該検出電極７３を耳ポケットに押さえ付ける押付部７４によって構成される。

基準電極７２は、例えば金属材の導電体でなり、第１の実施の形態における基準電極３の電極板３Ａ、クリップ３Ｂ及び連結部３Ｄと同様の形状でなる電極板、クリップ及び連結部により構成される。

検出電極７３は、例えば板状の導電体でなり、耳輪脚及び下対輪脚に沿って耳ポケットに当接され、その上から押付部７４に押し付けられる。

押付部７４は、例えば粘土材でなり、検出電極７３を耳ポケットの表面と挟むようにして該耳ポケットの形状にかたどられる。これにより押付部７４は、検出電極７３を耳ポケットに当接させる。

押付部７４の内部には、信号処理部（図示せず）が搭載され、検出電極７３と、柔軟性を有する信号線７２Ａを介して基準電極７２とがそれぞれ接続される。

［３−２．信号処理部の構成］
図１１において、押付部７４の内部に設けられた信号処理部８０の構成を示す。この信号処理部８０は、差動アンプ８１、フィルタ８２、Ａ／Ｄ変換部８３、解析部８４、メモリ８５及び通信部８６を含む構成とされる。

差動アンプ８１は、基準電極７２と検出電極７３との電位差を生体信号としてそれぞれ増幅し、当該増幅した生体信号をフィルタ８２に与える。

フィルタ８２には、測定対象とすべき周波数帯域が設定される。フィルタ８２は、設定される周波数帯域以外の信号成分を除去し、当該除去した脳波信号をＡ／Ｄ変換部８３に与える。Ａ／Ｄ変換部８３は、脳波信号を脳波データに変換し、該脳波データを解析部８４に与える。

解析部８４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＣＰＵのワークメモリであるＲＡＭを含む構成とされる。このＲＯＭには、解析処理を実行させるプログラムなどが記憶される。解析部８４は、測定が開始命令を受けた場合、ＲＯＭに格納されるプログラムをＲＡＭに展開し、該プログラムにしたがって各種処理を実行するようになされている。

解析部８４は、Ａ／Ｄ変換部８３から与えられる脳波データをメモリ８５に記憶する。また解析部８４は、Ａ／Ｄ変換部８３から与えられる脳波データに基づいて、ノンレム睡眠又はレム睡眠のステージを判定し、その判定結果を脳波データに関連付けるようになされている。

通信部８６は、例えば無線通信により、解析部８４から与えられる脳波データやメモリ８５に記憶された脳派データを操作部からの命令に応じて、所定の外部機器に送信し得るようになされている。

［３−３．測定結果］
次に生体信号測定装置７１によって測定された脳波データに対して周波数解析を行い、該脳波データにおけるアルファ波、デルタ波、シータ波及びベータ波の割合を図１２（Ａ）のヒストグラムに示す。

また生体信号測定装置７１によって測定された脳波データの比較のために、該生体信号測定装置７１の基準電極７２を基準電極とし、装着者の額に検出電極が配され、該基準電極と検出電極との電位差に基づいて脳波データが測定された。そして該脳波データにおけるアルファ波、デルタ波、シータ波及びベータ波の割合を図１２（Ｂ）のヒストグラムに示す。

図１２（Ａ）及び（Ｂ）からも明らかなように、耳ポケットに検出電極７３を配した場合と、額に検出電極を配した場合とで、ほぼ同様の割合の脳波周波数成分が検出されていることがわかる。

このことから、生体信号測定装置７１は、装着者の耳朶に基準電極７２が配され、耳ポケットに検出電極７３が配される構成においても、額に検出電極を配した場合と同様に脳波を精度よく検出することができる。

［３−４．動作及び効果］
以上の構成において、生体信号測定装置７１は、耳朶に配される基準電極７２と、耳ポケットの表面に当接される検出電極７３と、信号線７２Ａを介して基準電極７２を支持するとともに検出電極７３を支持する押付部７４が設けられる。

そして生体信号測定装置７１は、装着者の耳介に装着される際、基準電極７２が耳朶に配され、粘土材でなる押付部７４が検出電極７３を挟むようにして耳ポケットの形状にかたどられる。

これにより検出電極７３は、耳ポケットとの接触面積が確保されて一定の測定感度を維持することができる。これにより生体信号測定装置７１は、装着者に伝わる波動を、空気層を介することなく直に生体信号として取得することが可能である。

また検出電極７３は、側頭骨と対向した耳ポケットと当接するようにして固定されているので、例えば睡眠時における寝返りの際に枕と接触した場合においても、装着者に対してほとんど痛みなどを与えることなく、より安全性を向上することができる。

また生体信号測定装置７１は、外耳道電極ユニットと比較して、検出電極７３が外耳道を塞ぐことがないので、装着させている間に音が聞こえ難いといった不便を強いることなく、装着者にとって快適な装着感を提供することができる。

また生体信号測定装置７１は、睡眠時に枕との接触を減らすことができ、睡眠の阻害の程度を大幅に緩和することができる。

以上の構成によれば、耳朶に配される基準電極７２と、耳ポケットの表面に当接される検出電極７３と、信号線７２Ａを介して基準電極７２を支持するとともに検出電極７３を支持する押付部７４が設けられる。これにより生体信号測定装置７１は、検出電極７４と該耳ポケットの表面との接触面積を確保しつつ、骨に対向する表面に当接されるので、ある一定の測定感度を維持しながら安全性を向上することができる。

＜４．他の実施の形態＞
なお上述した第１の実施の形態においては、支持板２に信号処理部３０が設けられた場合について述べた。本発明はこれに限らず、例えば基準電極３及び検出電極６からそれぞれ所定のケーブルを介して別体に設けられた信号処理部と接続するようにしてもよい。また第２及び第３の実施の形態においても信号処理部６０及び８０がそれぞれ支持板５２及び押付部７４に対して別体に設けられるようにしてもよい。

さらに上述した第１、第２及び第３実施の形態においては、解析部３４、６４、８４が、測定の開始命令を受けて脳波データをメモリ３５、６５、８５に記憶するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、測定開始時点から所定の期間（以下、これをキャリブレーション期間とも呼ぶ）にＡ／Ｄ変換部３３、６３、８３から与えられる脳波データのレベルの平均と、非接触レベル閾値とを比較する。

そして、このレベル平均が非接触レベル閾値を下回る場合、解析部３４、６４、８４は、検出電極が非接触の状態であるとして、生体信号測定装置１、５１、７１を再装着すべきことを、例えば支持板２、５２及び押付部７４に取り付けられたスピーカ（図示せず）を介して通知するようにしてもよい。

さらに上述した第１の実施の形態においては、検出電極６が、先端が丸い略円錐形状の導電体でなり、耳ポケットにその先端が嵌り、また先端が耳ポケットに嵌められた際に錐面が耳ポケットの表面に当接する程度に形成されるようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、検出電極はこの形状に限定されるものではない。

例えば図１との対応部分に同一符号を付した図１３（Ａ）に示すように、生体信号測定装置１０１は、検出電極６に代えて、耳ポケットに対して若干大きな球状の導電体でなる検出電極１０６が設けられる。

生体信号測定装置１０１が装着者の耳介に装着される際、検出電極１０６が耳ポケットに対して若干大きな球状に形成されているので、該耳ポケットを広げるようにして検出電極１０６が挿入されて耳ポケットに嵌められる。

従って検出電極１０６は、耳ポケット周辺部位が元の状態に戻ろうとする力が加えられ、その力により耳ポケットに固定されて移動が抑制されると共に、耳ポケットの表面に密着されて接触面積が大きくなり、生体信号の検出感度を向上させることができる。

なお、検出電極は、耳ポケットを広げるようにして装着され、装着された際に耳ポケット周辺部位が元の形状に戻ろうとする力が加えられ固定される形状であれば、例えば半球形状や円錐形状等であってもよく、その形状は問わない。

また別例として、検出電極は、耳ポケットに対して若干大きな弾力性を有する網状構造でなる導電体であってもよい。その一例として、図１との対応部分に同一符号を付した図１３（Ｂ）に示すように、生体信号測定装置１１１は、検出電極６に代えて、検出電極１１６が設けられる。

この検出電極１１６は、板状の導電性金属をその形状が略円形となるように平織りされ、その大きさが耳ポケットに対して若干大きい。

生体信号測定装置１１１が装着者の耳介に装着される際、検出電極１１６が耳ポケットに対して若干大きな球状に形成され、かつ弾力性を有しているので、該検出電極１１６がつぶされるようにして挿入されて耳ポケットに嵌められる。

従って検出電極１１６は、元の形状に戻ろうとする力が耳ポケットに対して加えられ、その力により耳ポケットに固定されて移動が抑制されると共に、耳ポケットの表面に密着されて接触面積が大きくなり、生体信号の検出感度を向上させることができる。

なお、検出電極は、耳ポケットに対して若干大きな弾力性を有する網状構造であれば線状また板状の導電体が丸められて形成されてもよく、また板状の導電体が編まれて形成されていてもよい。好ましくは、耳ポケットに装着された際、耳ポケットの表面に対する接触面積が大きくなるように細い線状又は板状の導電体が用いられるのが好ましい。

さらに上述した第１の実施の形態においては、コネクタ４、ぜんまいばねロッド５及び検出電極６からなる検出ユニット７が設けられるようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、ぜんまいばねロッド５の長さ及び形状がそれぞれ異なる検出ユニットを支持板２に対して交換できるようにしてもよい。

上述した第１の実施の形態における生体信号測定装置１は、多少の個人差が合った場合でもぜんまいばねロッド５の弾性変形によって検出電極６が耳ポケット又は外耳道に嵌められることができた。しかしながら、例えば大人と子供のように耳介の形状が大きく異なるような場合にはその個人差を吸収できない場合がある。

このような場合、ぜんまいばねロッド５の長さ及び形状が異なる検出ユニットを装着者に合わせて交換させることにより、より装着者の耳介の形状にフィットした快適な装着感を与えることができる。

さらに上述した第１の実施の形態においては、支持板２に対してコネクタ４、ぜんまいばねロッド５及び検出電極６からなる検出ユニット７が１つ設けられるようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、支持板２に対して複数の検出ユニットが設けられるようにしてもよい。

例えば図１との対応部分に同一符号を付した図１４に示すように、生体信号測定装置１２１は、検出ユニット７に加えて、コネクタ１２４、ぜんまいばねロッド１２５及び検出電極１２６からなる検出ユニット１２７が設けられる。

この生体信号測定装置１２１は、生体信号測定装置１と同様に、装着者の耳介に装着される際、基準電極３とぜんまいばねロッド５と検出電極６とにより装着者の耳介に固定される。

また生体信号測定装置１２１は、ぜんまいばねロッド１２５を検出電極１２６が支持板２から離れるように広げられ、国際式１０／２０法により定められる例えば左中心Ｃ３に配置される。このとき検出電極１２６は、ぜんまいばねロッド１２５が元の形状に戻ろうとする付勢力により頭皮方向に押え付けられることにより固定される。

この場合、信号処理部３０は、測定開始命令を受けた場合、基準電極３と検出電極１２６との電位差を生体信号として増幅し、測定対象とすべき周波数帯域が設定された脳波データをメモリ３５に記憶する。

これにより生体信号測定装置１２１は、検出ユニット１２７を追加するといった簡易の構成で、脳により近い測定位置での脳波を検出することができ、より検出精度を向上することができる。

なお検出電極１２６が配される位置は、国際式１０／２０法により定められる左前頭極Ｆｐ１、右前頭極Ｆｐ２、左前頭Ｆ３、右前頭Ｆ４、右中心Ｃ４、左頭頂Ｐ３、右頭頂Ｐ４等が適応されるほか、装着者の任意の位置が適応される。

さらに上述した第１、第２及び第３の実施の形態においては、片方の耳介に生体信号測定装置１、５１、７１を装着させ、脳波を測定するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、例えば図１との対応部分に同一符号を付した図１５に示すように、両方の耳介に生体信号測定装置１及び１３１をそれぞれ装着させ、脳波を測定するようにしてもよい。

この場合、生体信号測定装置１及び１３１の少なくとも一方に設けられた信号処理部（図示せず）に、生体信号測定装置１の基準電極３及び検出電極６と、生体信号測定装置１３１の基準電極１３３及び検出電極１３６の信号を入力させる。

信号処理部は、生体信号測定装置１の基準電極３と生体信号測定装置１３１の検出電極１３６との電位差、又は生体信号測定装置１３１の基準電極１３３と生体信号測定装置１の検出電極６との電位差を脳波信号として検出する。

このように生体信号測定装置１及び１３１では、基準電極３及び１３３に対してそれぞれ反対の耳介に固定された検出電極１３６及び６との電位差を脳波信号として検出する。従って生体信号測定装置１及び１３１では、基準電極３及び１３３と検出電極１３６及び６との距離が長くなることにより、脳波信号の信号レベルが大きくなり、検出精度を向上することができる。

さらに上述した第２の実施の形態においては、第１検出電極５４及び第２検出電極５５が設けられるようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、第１検出電極５４又は第２検出電極５５の一方だけが設けられるようしてもよい。

さらに上述した第１、第２及び第３の実施の形態においては、測定対象が脳波とされたが筋電位としてもよく、また脳波と筋電位とを交換できるようにしてもよい。なお、筋電位を測定対象とする場合、フィルタ３２、６２及び８２に対して、筋電位に対応する周波数帯域を設定し、該フィルタ３２、６２及び８２がその周波数帯域以外の信号成分を除去するようにすればよい。

また上述した第２の実施の形態においては、下フック部５７の屈曲部５７Ｂに放射温度センサが設けられるようにしてもよい。このとき下フック部５７は、若干湾曲した形状になっており、屈曲部５７Ｂが外耳道周辺に位置することから、該屈曲部５７Ｂに放射温度センサが設けられた場合、外耳道内の深部体温を測定することができる。

さらに上述した第１、第２及び第３の実施の形態においては、所定のケーブルを介して頭部、眼窩周辺、あご等に電極を配置するようにしてもよい。この場合、所定のケーブルとして、第１の実施の形態におけるぜんまいばねロッド５の構成を適応することが考えられる。これにより、脳波、ＲＥＭ睡眠観測用のＥＯＧ（眼電信号）、頤筋のＥＭＧ（筋電信号）を測定することができる。

さらに上述した第１、第２及び第３の実施の形態においては、基準電極５３に赤外線センサを設けるようにしてもよい。これにより装着者の脈拍も同時に測定することができる。

さらに上述した第１、第２及び第３の実施の形態においては、基準電極として基準電極３、５１，７１が設けられるようにした場合について述べたが本発明はこれに限らず、その他種々の構成でなる基準電極を設けるようにしても良い。

さらに上述した第１、第２及び第３の実施の形態においては、検出電極として検出電極６、第１検出電極５４、第２検出電極５５、検出電極７３が設けられるようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、その他種々の構成でなる検出電極を設けるようにしても良い。

さらに上述した第１、第２及び第３の実施の形態においては、支持体として支持板２及びぜんまいばねロッド５、支持板５２及び信号線５３Ｅ、押付部７４及び信号線７２Ａが設けられるようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、その他種々の構成でなる支持体を設けるようにしても良い。

本発明は、医用産業やゲーム産業などにおいて利用可能性を有する。

１、５１、７１……生体信号測定装置、２、５２……支持板、３、５３、７２……基準電極、４……コネクタ、５……ぜんまいばねロッド、６、７３……検出電極、７……検出ユニット、３０、６０、８０……信号処理部、３１、６１、８１……差動アンプ、３２、６２、８２……フィルタ、３３、６３、８３……Ａ／Ｄ変換部、３４、６４、８４……解析部、３５、６５、８５……メモリ、３６、６６、８６……通信部、５４……第１検出電極、５５……第２検出電極。

Claims (6)

1. 耳朶に配される基準電極と、
   耳介周辺の骨に対向する表面に配される検出電極と、
   上記基準電極及び上記検出電極を支持する支持体と
   を有する耳介装着具。
2. 上記支持体は、
   上記付け根に沿って形成され、末端部分に上記基準電極が設けられる本体部と、
   上記検出電極と上記本体部とを連結する柔軟性を有する線状の部材と
   でなり、
   上記検出電極は、
   耳介の耳輪脚と下対輪脚との間の窪みに保持可能な構造とされる
   請求項１に記載の耳介装着具。
3. 上記検出電極は、網状構造でなる
   請求項２に記載の耳介装着具。
4. 上記支持体は、
   上記付け根と髪の生え際との間の上記表面と対向する面を有し、
   上記検出電極は、上記面に設けられる
   請求項１に記載の耳介装着具。
5. 三角窩と耳甲介との間に当接される端を有し、耳介の上側付け根部分に沿うように曲げられて上記支持体の上部に連結される線状の部材でなる上フック部と、
   耳甲介に当接される端を有し、耳介の下側付け根部分に沿うように曲げられて上記支持体の下部に連結される線状の部材でなる下フック部と
   をさらに有する請求項４に記載の耳介装着具。
6. 耳朶に配される基準電極と、耳介周辺の骨に対向する表面に配される検出電極と、上記基準電極及び上記検出電極を支持する支持体とを有する耳介装着具と、
   上記基準電極と、上記検出電極との電位差を生体信号として増幅するアンプと
   を有する生体信号測定装置。

Images