JP2013066576A

JP2013066576A - 生体信号測定電極、生体信号測定装置及び生体信号測定方法

Info

Publication number: JP2013066576A
Application number: JP2011206802A
Authority: JP
Inventors: Takuo Yamamoto; 拓郎山本
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2013-04-18

Abstract

【課題】導電性液体に水分を補給することが可能な生体信号測定電極、生体信号測定装置及び生体信号測定方法を提供すること
【解決手段】本技術の生体信号測定電極は、電極部と、温度可変部とを具備する。電極部は、導電性液体を含み、生体に接触する。温度可変部は、上記電極部に取り付けられ、温度の変更が可能である。
【選択図】図１

Description

本技術は、脳波等の生体信号を測定するために用いられる生体信号測定電極、当該電極を備える生体信号測定装置及び生体信号測定方法に関する。

脳波、筋電図、心電図等の生体（ヒトやその他の動物も含む）から得られる電気信号（以下、生体信号）は生体に電極を接触させて測定することが可能である。ここで、電極と生体表面（以下、体表）の接触抵抗が生体信号を検出する上で問題となる。これに対して例えば、体表に導電性液体を塗布し、それを介して体表と電極の接触抵抗を低下させる手法が一般的である。

例えば、特許文献１には、スポンジ等からなる弾性部材に電解液が含浸されたものが、脳波検出電極として用いられている。この電極は、頭表に接触すると弾性変形して電解液がしみ出し、頭表と電極の導通を確保するものとされている。

特開２００６−６６６６号公報（段落［００４２］、図３）

しかしながら、特許文献１に記載の電極では、時間の経過と共に弾性部材に含浸されている電解液が蒸発すると考えられる。このため、当該電極を長時間の測定に用いることは困難であるし、使用前に電解液を補充する必要もある。

以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、導電性液体に水分を補給することが可能な生体信号測定電極、生体信号測定装置及び生体信号測定方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る生体信号測定電極は、電極部と、温度可変部とを具備する。
上記電極部は、導電性液体を含み、生体に接触する。
上記温度可変部は、上記電極部に取り付けられ、温度の変更が可能である。

この構成によれば、温度可変部の温度を上昇又は下降させることにより、後述する理由によって電極部に含まれている導電性液体に水分を補給することが可能である。

上記温度可変部は、上記電極部を加熱してもよい。

温度可変部の温度を上昇させ、電極部を加熱させることにより、電極部が接触する生体が温められて発汗を生じる。この汗により導電性液体に水分を補給することが可能となる。

上記温度可変部は、周囲の空気を冷却してもよい。

温度可変部の温度を下降させることにより、温度可変部の周囲の空気中の水分が凝縮し、温度可変部の表面に結露を生じる。この結露により導電性液体に水分を補給することが可能となる。

上記温度可変部は、熱電素子であってもよい。

温度可変部をペルチェ素子等の熱電素子とすることにより、制御性よく温度可変部の温度を変更することが可能となる。

上記電極部は、温度変化によって水分を放出する機能性ゲルからなるものであってもよい。

電極部をこのような機能性ゲルからなるものとすることにより、温度可変部の温度を変更させることで当該機能性ゲルから水分を放出させ、導電性液体に水分を補給することが可能となる。

上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る生体信号測定電極は、生体信号測定電極と、制御部とを具備する。
生体信号測定電極は、導電性液体を含み生体に接触する電極部と、上記電極部に取り付けられ温度の変更が可能な温度可変部とを有する。
上記制御部は、上記生体信号測定電極に接続され、上記電極部の接触抵抗に応じて上記温度可変部の温度を制御する。

電極部の生体との接触抵抗は、電極部に含まれている導電性液体が乾燥した場合には上昇する。したがって、制御部が、電極部の接触抵抗に応じて温度可変部の温度を制御することにより、導電性液体の乾燥具合に応じて導電性液体に水分を補給することが可能となる。

上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る生体信号測定方法は、導電性液体を含み生体に接触する電極部と上記電極部に取り付けられ温度の変更が可能な温度可変部とを有する生体信号測定電極によって生体信号を測定する。
上記生体信号測定電極と上記生体との接触抵抗を測定する。
上記接触抵抗が規定値以上の場合には、上記温度可変部の温度を変更する。

上記生体信号測定方法では、上記温度可変部の温度を変更した後、さらに上記生体信号測定電極と上記生体との接触抵抗を測定し、上記接触抵抗が規定値未満の場合には、上記温度可変部の温度の変更を停止してもよい。

上記生体信号測定方法では、上記接触抵抗が規定値以上の場合には、上記温度可変部の温度を上昇させてもよい。

上記生体信号測定方法では、上記接触抵抗が規定値以上の場合には、上記温度可変部の温度を低下させてもよい。

以上のように、本技術によれば、導電性液体に水分を補給することが可能な生体信号測定電極、生体信号測定装置及び生体信号測定方法を提供することが可能となる。

本技術の第１の実施形態に係る生体信号測定装置の構成を示す模式図である。同生体信号測定装置の動作を示すフローチャートである。本技術の第２の実施形態に係る生体信号測定装置の構成を示す模式図である。同生体信号測定装置の動作を示すフローチャートである。

（第１の実施形態）
本技術の第１の実施形態に係る生体信号測定装置について説明する。

＜生体信号測定装置の構成＞
図１は生体信号測定装置１の構成を示す模式図である。図１（ａ）は生体信号測定装置１の上面図であり、図１（ｂ）はユーザに装着した生体信号測定装置１の側面図である。生体信号測定装置１は、生体（ヒトやその他の動物も含む）から得られる電気信号（以下、生体信号）を測定するための装置であるが、以下の説明ではヒトの脳波を測定するための構成について説明する。頭部以外の部位やヒト以外の動物に用いる場合も、以下の説明と同様にすることが可能である。

図１に示すように、生体信号測定装置１は、生体信号測定電極１１と制御部１２を有する。生体信号測定電極１１はユーザの頭部に装着され、制御部１２は生体信号測定電極１１とは別のユニットとして生体信号測定電極１１と離間して配置されるものとするが、これに限定はされない。例えば、生体信号測定電極１１と制御部１２を一体的なユニットとしてユーザの頭部に装着されるものとすることも可能である。

生体信号測定電極１１は、電極部１１１と加熱部１１２を有する。図１に示すように、電極部１１１はユーザの頭表に接触する可能に構成され、加熱部１１２はユーザの頭表に接触しないように、電極部１１１に取り付けられている。

電極部１１１は、スポンジ状あるいはゲル状の、弾性を有し、かつ液体を保持することが可能な材料からなる。電極部１１１の形状やサイズは特に限定されない。電極部１１１には導電性液体が含浸されるため、電極部１１１の構成材料は必ずしも導電性を有しないものであってもよい。

また、電極部１１１は、温度変化によって水分を放出する機能性ゲルからなるものとすることも可能である。具体的には、本実施形態においては、加熱によって水分を放出する機能性ゲルを用いることができる。

電極部１１１には上記制御部１２と接続された導線１３が接合されており、導電性液体が導線１３とユーザの頭表の間に介在することにより、ユーザの頭表と導線１３が電気的に接続される。なお、電極部１１１には、電極部１１１の形状を維持するための心棒やガイド部材等が設けられていてもよい。

加熱部１１２は、電極部１１１を加熱することが可能な部材であり、例えばペルチェ素子等の熱電素子であるものとすることができる。他にも、電熱線や赤外線ヒーター等を加熱部１１２とすることができる。加熱部１１２には上記制御部１２と接続された導線１４が接合されており、加熱部１１２の加熱タイミングや加熱温度は制御部１２によって制御される（後述）。加熱部１１２は、自身の温度を計測することが可能な温度計測機能を有するものが好適である。

生体信号測定電極１１は、このような構成により、加熱部１１２によって電極部１１１の加熱が可能となっている。電極部１１１が加熱されると、電極部１１１に接触するユーザの頭表が温められ、発汗が生じる。この汗により、電極部１１１に含浸されている導電性液体の水分を補給し、導電性液体の乾燥を防止することが可能となる。

制御部１２は、電極部１１１及び加熱部１１２に接続され、電極部１１１から生体信号を受信し、かつ加熱部１１２を制御する。具体的には制御部１２は、ユーザの頭表において生体信号（脳波等）を測定しながら定期的に電極部１１１と頭表の間の接触抵抗を測定する。

制御部１２は、接触抵抗が一定値（例えば１００〜２００ｋΩ）以上となった場合、即ち、電極部１１１と頭表の電気的接触が十分でなくなった場合は、導電性液体が乾燥していると判断し、加熱部１１２に電流を印加して加熱部１１２に加熱を開始させる。この他に制御部１２は、接触抵抗の値に係わらず所定の時間間隔で加熱部１１２に加熱をさせてもよい。

生体信号測定装置１は以上のような構成を有する。なお、生体信号測定電極１１は複数が設けられてもよく、制御部１２は各生体信号測定電極１１に対して個別に生体信号の受信や加熱の制御を実行するものとすることも可能である。

＜生体信号測定装置の動作＞
生体信号測定装置１の動作について説明する。図２は、生体信号測定装置１の動作を示すフローチャートである。

まず、生体信号測定中において（Ｓ１１）規定の時間が経過すると、接触抵抗（インピーダンス）が測定される（Ｓ１２）。規定の時間は任意であり、総測定時間や気温、湿度等に応じた時間とすることができる。接触抵抗の測定法は限定されないが、脳波計等の生体信号測定器には通常、接触抵抗の測定機能が搭載されており、それを利用して測定することができる。

接触抵抗測定（Ｓ１２）により測定された接触抵抗が、規定値（例えば１００〜２００ｋΩ）未満の場合（Ｓ１３）は電極部１１１の導電性液体は乾燥していないと判断でき、生体信号測定（Ｓ１１）が再開される。一方、接触抵抗が上記規定値以上の場合（Ｓ１４）は電極部１１１の導電性液体が乾燥していると判断できる。この場合、加熱部１１２により、電極部１１１が加熱（Ｓ１５）される。

上記のように電極部１１１の加熱により、電極部１１１に接触するユーザの頭表が温められて発汗が生じ、電極部１１１に含浸されている導電性液体の水分が補給される。又、電極部１１１が、加熱により水分を放出することが可能な機能性ゲルからなる場合には、その放出する水分によって導電性液体の水分が補給される。加熱中に、再度接触抵抗が測定（Ｓ１６）される。ここで、接触抵抗が規定値未満（Ｓ１７）の場合は加熱が停止（Ｓ１８）され、再度、生体信号が測定される（Ｓ１１）。

一方、接触抵抗が規定値以上の場合（Ｓ１９）は再度の接触抵抗測定（Ｓ１６）において接触抵抗が規定値未満となるまで加熱（Ｓ１５）が継続される。ただし、加熱部１１２の温度が設定値以上となった場合、又は加熱時間が設定値以上となった場合には加熱が停止され、過度の加熱が防止される。

以上のように、本実施形態に係る生体信号測定装置１においては、ユーザの発汗を利用して電極部１１１に含浸された液体の乾燥を防止することが可能となるため、導電性液体を補充することなく、長時間にわたって生体信号の測定を実行することが可能となる。

（第２の実施形態）
本技術の第２の実施形態に係る生体信号測定装置について説明する。

＜生体信号測定装置の構成＞
図３は生体信号測定装置２の構成を示す模式図である。図３（ａ）は生体信号測定装置１の上面図であり、図３（ｂ）はユーザに装着した生体信号測定装置１の側面図である。生体信号測定装置１は、生体から得られる電気信号（生体信号）を測定するための装置であるが、以下の説明ではヒトの脳波を測定するための構成について説明する。頭部以外の部位やヒト以外の動物に用いる場合も、以下の説明と同様にすることが可能である。

図３に示すように、生体信号測定装置２は、生体信号測定電極２１と制御部２２を有する。生体信号測定電極２１はユーザの頭部に装着され、制御部２２は生体信号測定電極２１とは別のユニットとして生体信号測定電極２１と離間して配置されるものとするが、これに限定はされない。例えば、生体信号測定電極２１と制御部２２を一体的なユニットとしてユーザの頭部に装着されるものとすることも可能である。

生体信号測定電極２１は、電極部２１１と冷却部２１２を有する。図３に示すように、電極部２１１はユーザの頭表に接触する可能に構成され、冷却部２１２はユーザの頭表に接触しないように、電極部２１１に取り付けられている。

電極部２１１は、スポンジ状あるいはゲル状の、弾性を有し、かつ液体を保持することが可能な材料（含液性材料）からなる。電極部２１１の形状やサイズは特に限定されない。電極部２１１には導電性液体が含浸されるため、電極部２１１の構成材料は必ずしも導電性を有しないものであってもよい。

また、電極部２１１は、温度変化によって水分を放出する機能性ゲルからなるものとすることも可能である。具体的には、本実施形態においては、冷却によって水分を放出する機能性ゲルを用いることができる。

電極部２１１には上記制御部２２と接続された導線２３が接合されており、導電性液体が導線とユーザの頭表の間に介在することにより、ユーザの頭表と導線２３が電気的に接続される。なお、電極部２１１には、電極部２１１の形状を維持するための心棒やガイド部材等が設けられていてもよい。

冷却部２１２は、自信を冷却することが可能な部材であり、例えばペルチェ素子等の熱電素子であるものとすることができる。冷却部２１２には上記制御部２２と接続された導線２４が接合されており、冷却部２１２の冷却タイミングや冷却温度は制御部２２によって制御される（後述）。冷却部２１２は、自身の温度を計測することが可能な温度計測機能を有するものが好適である。

生体信号測定電極２１は、このような構成により、冷却部２１２の冷却が可能となっている。電極部２１１が冷却されると、冷却部２１２が面する空気中の水分が凝縮し、冷却部２１２の表面に結露を生じる。この結露により、電極部２１１に含浸されている導電性液体の水分を補給し、導電性液体の乾燥を防止することが可能となる。

制御部２２は、電極部２１１及び冷却部２１２に接続され、電極部２１１から生体信号を受信し、かつ冷却部２１２を制御する。具体的には制御部２２は、ユーザの頭表において生体信号（脳波等）を測定しながら定期的に電極部２１１と頭表の間の接触抵抗を測定する。

制御部２２は、接触抵抗が一定値（例えば１００〜２００ｋΩ）以上となった場合、即ち、電極部２１１と頭表の電気的接触が十分でなくなった場合は、導電性液体が乾燥していると判断し、冷却部２１２に電流を印加して冷却部２１２に冷却を開始させる。この他に冷却部２１２は、接触抵抗の値に係わらず所定の時間間隔で冷却部２１２に加熱をさせてもよい。

生体信号測定装置２は以上のような構成を有する。なお、生体信号測定電極２１は複数が設けられてもよく、制御部２２は各生体信号測定電極２１に対して個別に生体信号の受信や加熱の制御を実行するものとすることも可能である。

＜生体信号測定装置の動作＞
生体信号測定装置２の動作について説明する。図４は、生体信号測定装置２の動作を示すフローチャートである。

まず、生体信号測定中において（Ｓ２１）規定の時間が経過すると、接触抵抗（インピーダンス）が測定される（Ｓ２２）。規定の時間は任意であり、総測定時間や気温、湿度等に応じた時間とすることができる。接触抵抗の測定法は限定されないが、脳波計等の生体信号測定器には通常、接触抵抗の測定機能が搭載されており、それを利用して測定することができる。

接触抵抗測定（Ｓ２２）により測定された接触抵抗が、規定値（例えば１００〜２００ｋΩ）未満の場合（Ｓ２３）は電極部１１１の導電性液体は乾燥していないと判断でき、生体信号測定（Ｓ２１）が再開される。一方、接触抵抗が上記規定値以上の場合（Ｓ２４）は電極部２１１の導電性液体が乾燥していると判断できる。この場合、冷却部２１２が冷却（Ｓ１５）される。

上記のように冷却部２１２の冷却により、冷却部２１２の表面に結露が生じ、その結露が電極部２１１に流入することにより電極部２１１に含浸されている導電性液体の水分が補給される。又、電極部２１１が、冷却により水分を放出することが可能な機能性ゲルからなる場合には、その放出する水分によって導電性液体の水分が補給される。冷却中に、再度接触抵抗が測定（Ｓ２６）される。ここで、接触抵抗が規定値未満（Ｓ２７）の場合は冷却が停止（Ｓ２８）され、再度、生体信号が測定される（Ｓ２１）。

一方、接触抵抗が規定値以上の場合（Ｓ２９）は再度の接触抵抗測定（Ｓ２６）において接触抵抗が規定値未満となるまで冷却（Ｓ２５）が継続される。ただし、冷却部２１２の温度が設定値以上となった場合、又は冷却時間が設定値以上となった場合には冷却が停止され、過度の冷却が防止される。

以上のように、本実施形態に係る生体信号測定装置１においては、空気中の水分を利用して電極部２１１に含浸された液体の乾燥を防止することが可能となるため。導電性液体を補充することなく、長時間にわたって生体信号の測定を実行することが可能となる。

本技術は上記各実施形態にのみ限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲内において変更することが可能である。

上記第１の実施形態に係る生体信号測定装置は加熱部を有し、第２の実施形態に係る誠意体信号検出装置は冷却部を有するものとしたが、加熱も冷却も可能な温度可変部を備えた生体信号測定装置についても本技術を適用することが可能である。このような生体信号測定装置では例えば、気温や湿度に応じて、温度可変部を加熱するか冷却するかを切り替えるものとすることが可能である。

なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。

（１）
導電性液体を含み、生体に接触する電極部と、
上記電極部に取り付けられ、温度の変更が可能な温度可変部と
を具備する生体信号測定電極。

（２）
上記（１）に記載の生体信号測定電極であって
請求項１に記載の生体信号測定電極であって、
上記温度可変部は、上記電極部を加熱する
生体信号測定電極。

（３）
上記（１）又は（２）に記載の生体信号測定電極であって、
上記温度可変部は、周囲の空気を冷却する
生体信号測定電極。

（４）
上記（１）から（３）のうちいずれか一つに記載の生体信号測定電極であって、
上記温度可変部は、熱電素子である
生体信号測定電極。

（５）
上記（１）から（４）のうちいずれか一つに記載の生体信号測定電極であって、
上記電極部は、温度変化によって水分を放出する機能性ゲルからなる
生体信号測定電極。

（６）
導電性液体を含み生体に接触する電極部と、上記電極部に取り付けられ温度の変更が可能な温度可変部とを有する生体信号測定電極と
上記生体信号測定電極に接続され、上記電極部の接触抵抗に応じて上記温度可変部の温度を制御する制御部と
を具備する生体信号測定装置。

（７）
導電性液体を含み生体に接触する電極部と上記電極部に取り付けられ温度の変更が可能な温度可変部とを有する生体信号測定電極によって生体信号を測定し、
上記生体信号測定電極と上記生体との接触抵抗を測定し、
上記接触抵抗が規定値以上の場合には、上記温度可変部の温度を変更する
生体信号測定方法。

（８）
上記（７）に記載の生体信号測定方法であって、
上記温度可変部の温度を変更した後、さらに上記生体信号測定電極と上記生体との接触抵抗を測定し、上記接触抵抗が規定値未満の場合には、上記温度可変部の温度の変更を停止する
生体信号測定方法。

（９）
上記（７）又は（８）に記載の生体信号測定方法であって、
上記接触抵抗が規定値以上の場合には、上記温度可変部の温度を上昇させる
生体信号測定方法。

（１０）
上記（７）から（９）のうちいずれか一つに記載の生体信号測定方法であって、
上記接触抵抗が規定値以上の場合には、上記温度可変部の温度を低下させる
生体信号測定方法。

１、２…生体信号測定装置
１１、２１…生体信号測定電極
１２、２２…制御部
１３、１４、２３、２４、…導線
１１１、２１１…電極部
１１２…加熱部
２１２…冷却部

Claims

導電性液体を含み、生体に接触する電極部と、
前記電極部に取り付けられ、温度の変更が可能な温度可変部と
を具備する生体信号測定電極。
請求項１に記載の生体信号測定電極であって、
前記温度可変部は、前記電極部を加熱する
生体信号測定電極。
請求項１に記載の生体信号測定電極であって、
前記温度可変部は、周囲の空気を冷却する
生体信号測定電極。
請求項１に記載の生体信号測定電極であって、
前記温度可変部は、熱電素子である
生体信号測定電極。
請求項１に記載の生体信号測定電極であって、
前記電極部は、温度変化によって水分を放出する機能性ゲルからなる
生体信号測定電極。
導電性液体を含み生体に接触する電極部と、前記電極部に取り付けられ温度の変更が可能な温度可変部とを有する生体信号測定電極と、
前記生体信号測定電極に接続され、前記電極部の接触抵抗に応じて前記温度可変部の温度を制御する制御部と
を具備する生体信号測定装置。
導電性液体を含み生体に接触する電極部と前記電極部に取り付けられ温度の変更が可能な温度可変部とを有する生体信号測定電極によって生体信号を測定し、
前記生体信号測定電極と前記生体との接触抵抗を測定し、
前記接触抵抗が規定値以上の場合には、前記温度可変部の温度を変更する
生体信号測定方法。
請求項７に記載の生体信号測定方法であって、
前記温度可変部の温度を変更した後、さらに前記生体信号測定電極と前記生体との接触抵抗を測定し、前記接触抵抗が規定値未満の場合には、前記温度可変部の温度の変更を停止する
生体信号測定方法。
請求項８に記載の生体信号測定方法であって、
前記接触抵抗が規定値以上の場合には、前記温度可変部の温度を上昇させる
生体信号測定方法。
請求項８に記載の生体信号測定方法であって、
前記接触抵抗が規定値以上の場合には、前記温度可変部の温度を低下させる
生体信号測定方法。