JP2013166005A - 脳波測定用電極、脳波測定用電極付きキャップ及び脳波測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】頭皮に対して過度の圧力を加えることなく、頭髪の間を通して頭皮に確実に接触し導通を確保できる脳波測定用電極、脳波測定用電極付きキャップ及び脳波測定装置を提供する。
【解決手段】脳波測定用電極は、測定対象に当接して測定対象から電気信号を受け取るチップ部と、チップ部から電気信号を受け取り信号処理装置へ伝達する信号伝達部と、を備える。チップ部の測定対象と当接する面には導電性と、可撓性又は伸縮性と、を有する突起が形成され、突起は導電性を有する金属材料で形成されており、突起は弾性部材によって測定対象との接触面に対して垂直方向に付勢されることにより伸縮性を有する。
【選択図】図１６Ａ

Description

本発明は、脳波測定用電極及び脳波測定用電極付きキャップ及び脳波測定装置に関する。

頭皮表面の電位計測に基づく非侵襲的な脳波測定に用いられる電極は、頭皮と電極との間のインピーダンスを下げるために、使用前に電極の上に導電性ペーストを充填する形式の物が従来多く使われている。ペーストを使用する場合、頭髪が電極と頭皮との間に挟まっても、ペーストが頭髪の裏に回り込むため電極と頭皮との間の導通が確保される。

しかし、この形式の電極を使用する場合、装着の度に電極にペーストを充填しなければならないという問題がある。さらに、電極を取り外した後に頭髪や頭皮に残るペーストを除去しなければならないという問題もある。このため、ペーストレス型の電極が求められている。

特に、近年その有用性が注目されているブレイン−マシン・インターフェイス（Brain-Machine Interface: BMI）又はブレイン−コンピュータ・インターフェイス（Brain-Computer Interface: BCI）に適した電極として、ペーストレス型の電極の開発が進められている。BMI（以下、特に断りのない限り、本明細書においてBMIはBCIを包含する概念を表す言葉として用いられる。）とは、脳の活動により生じる電気信号等を読み取り、これを直接コンピュータ等の電子機器に入力する形式のインターフェースである。これにより、コンピュータ等の電子機器をより直感的に操作することが可能になると期待されている。また、手足を使わなくてもコンピュータ等を操作することが可能になるため、福祉、医療、介護分野等への応用も期待されている。

このようなインターフェースに用いられる電極は、従来の脳波測定に比べてより日常的に、かつ長時間にわたって連続的に使用されることが予想される。したがってこのようなインターフェースに用いられる電極は、装着や取り外しが容易であること、電極交換の手間がかからないように数日乃至数週間の長期にわたって連続的に装着可能であること、頭皮への負担が少ないものであることが通常の脳波測定用電極以上に強く求められている。装着時に導電性ペーストの充填を必要とせず、かつ、取り外し後に頭髪や頭皮に残るペーストを除去する必要のないペーストレス型の電極は、BMIに適した電極であると考えられている。

このような技術的背景に基づき、近年様々なペーストレス型電極が考案されている。例を挙げると、金属製電極を直接頭皮に押し当てるもの（例えば特許文献１を参照）、電解質液を含む吸水性素材からなる電極を頭皮に押し当てるもの（例えば特許文献２，３を参照）、有機導電性部材からなる電極を頭皮に押し当てるもの（例えば特許文献４を参照）、導電性を有するゲルを頭皮に押し当てるもの（例えば特許文献５，６を参照）などが開示されている。

特開２００６−９４９７９号公報 実開平６−３４６０３号公報 特開２００７−３１２７９７号公報 特開２００６−６８０２４号公報 特開２００２−１７７２３１号公報 実開平５−４８９０３号公報

特許文献２，３に開示されている吸水性素材に電解質液を含ませたペーストレス型電極の場合、電解質液が吸水性素材から染み出して周囲に広がり、顔面等に垂れてくるという問題がある。さらには、頭皮表面で電解質液が広がり、近傍に配置された電極と短絡を起こす可能性がある。このため、吸水性素材に電解質液を含ませた電極は、導電性ペーストを使用する電極と比べて必ずしも取り扱いが容易であるとは言えない。取り扱いを容易にするために電解質液の量を減らすと、電極と頭皮との間の導通が十分に確保できないという問題がある。一方、特許文献４〜６に開示されているペーストレス型電極は、頭髪が電極と頭皮との間に挟まった場合の導通の確保について十分な考慮がされているとは言えない。

特許文献１に開示されている金属製電極は、頭皮と接触する部分に複数の逆Ｕ字型金属部材を有している。この金属部材が頭髪の隙間を通じて頭皮と接触することにより、電極と頭皮との間の導通が確保されるよう工夫されている。しかし、この電極は頭皮と接触する部分が可撓性に乏しい金属材料で形成されているため、頭皮に対して適切な圧力で接触させることは難しい。例えば頭皮に対して鉛直方向の圧力が小さすぎる場合、接触が十分でなく導通不良の原因となる。これに対し圧力が大きすぎる場合、導通は確保されるものの、頭皮への負担が大きいという問題がある。

本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、頭皮への負担が少なく、かつ頭髪の隙間を通じて頭皮と確実に接触し導通を確保できる脳波測定用電極、脳波測定用電極付きキャップ及び脳波測定装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の観点に係る脳波測定用電極は、
測定対象に当接して前記測定対象から電気信号を受け取るチップ部と、
前記チップ部から前記電気信号を受け取り信号処理装置へ伝達する信号伝達部と、
を備え、
前記チップ部の前記測定対象と当接する面には導電性と、可撓性又は伸縮性と、を有する突起が形成され、
前記突起は導電性を有する金属材料で形成されており、
前記突起は弾性部材によって前記測定対象との接触面に対して垂直方向に付勢されることにより伸縮性を有する。

前記脳波測定用電極は、前記チップ部を支持する支持部をさらに備えることが好ましい。

前記支持部は前記チップ部と前記測定対象との接触面に対して垂直な回転軸を中心に回動可能に支持することがさらに好ましい。

前記突起の前記測定対象と接触する面には凹凸が形成されていることが好ましい。

前記突起は複数形成されていることが好ましい。

前記弾性部材は複数備えられており、複数の前記突起をそれぞれ独立して付勢することがさらに好ましい。

前記突起は前記接触面と平行方向の径が１〜３ｍｍであり、前記接触面と垂直方向の長さが１〜１０ｍｍである、
ことが特に好ましい。

本発明の第２の観点に係る脳波測定用電極付きキャップは、
本発明の第１の観点に係る脳波測定用電極と、
人間の頭部に装着可能な形状を有し前記脳波測定用電極が挿入されるホルダ部を有するキャップ部と、
を備え、
前記ホルダ部は前記脳波測定用電極を固定して前記チップ部を前記頭部との接触面に対して垂直方向に所定の圧力で押しつける。

本発明の第３の観点に係る脳波測定用電極付きキャップは、
チップ部を支持する支持部をさらに備える本発明の第１の観点に係る脳波測定用電極と、
人間の頭部に装着可能な形状を有し前記脳波測定用電極が挿入されるホルダ部を有するキャップ部と、
を備え、
前記脳波測定用電極の前記支持部はその外周面に凹部又は凸部を有し、
前記ホルダ部は前記凹部又は前記凸部と噛み合うことによって前記脳波測定用電極を固定して前記チップ部を前記頭部との接触面に対して垂直方向に所定の圧力で押しつける。

前記凹部又は凸部はねじ部であってもよい。

前記支持部は、前記チップ部を前記頭部との接触面に対して垂直方向に所定の圧力で押しつける弾性部材をその内部に有していてもよい。

本発明の第４の観点に係る脳波測定装置は、
本発明の第１の観点に係る脳波測定用電極を備えることを特徴とする。

本発明の第５の観点に係る脳波測定装置は、
本発明の第２又は第３の観点に係る脳波測定用電極付きキャップを備えることを特徴とする。

本発明によれば、頭皮への負担が少なく、かつ頭髪の隙間を通じて頭皮と確実に接触して導通を確保できる脳波測定用電極、脳波測定用電極付きキャップ及び脳波測定装置を提供できる。

本発明の実施形態に係る脳波測定用電極付きキャップの使用状態を示す模式図である。 本発明の第１実施形態に係る脳波測定用電極の縦断面図である。 図２Ａに示した脳波測定用電極を、突起が形成されている側から見た平面図である。 図１に示した脳波測定用電極付きキャップの電極部付近の拡大断面図である。 本発明の第１実施形態の変形例に係る脳波測定用電極の蓋部の断面図である。 本発明の第１実施形態の変形例に係る脳波測定用電極の断面図である。 本発明の第２実施形態に係る脳波測定用電極の蓋部の断面図である。 本発明の第２実施形態に係る脳波測定用電極がキャップ部に取り付けられた状態を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る脳波測定用電極の蓋部の断面図である。 本発明の第３実施形態に係る脳波測定用電極がキャップ部に取り付けられた状態を示す断面図である。 本発明の第４実施形態に係る脳波測定用電極の蓋部の断面図である。 本発明の第４実施形態に係る脳波測定用電極のチップ部の断面図である。 本発明の第４実施形態に係る脳波測定用電極の断面図である。 本発明の第４実施形態に係る脳波測定用電極の使用例を説明するための図であって、チップ部がホルダ部に挿入された状態を示す図である。 本発明の第４実施形態に係る脳波測定用電極の使用例を説明するための図であって、チップ部が蓋部によって頭部に押しつけられた状態を示す図である。 本発明の第４実施形態の変形例に係る脳波測定用電極がキャップ部に取り付けられた状態を示す断面図である。 本発明の第５実施形態に係る脳波測定用電極がキャップ部に取り付けられた状態を示す断面図である。 本発明の第１〜第５実施形態に係る脳波測定用電極のチップ部を作製するための鋳型の断面図である。 本発明の第６実施形態に係る脳波測定用電極がキャップ部に取り付けられた状態を示す模式図である。 図１６Ａに示す脳波測定用電極を、突起が形成されている側から見た平面図である。 図１６Ａに示す脳波測定用電極の突起部が頭部に接触している様子を説明するための模式図である。 図１６Ａに示す脳波測定用電極の内部構造を説明するための部分断面図である。 本発明の第７実施形態に係る脳波測定用電極がキャップ部に取り付けられた状態を示す模式図である。 第６実施形態の変形例に係る脳波測定用電極の構造を説明するための模式図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳しく述べる。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る脳波測定用電極１００は、一般的には図１に示すように、キャップ部１０に複数個が挿入されて用いられる。各脳波測定用電極１００にはそれぞれリード線３０が接続されている。脳波測定用電極１００がBMIの入力デバイスとして用いられる場合、リード線３０は操作対象であるコンピュータ等の電子機器（図示せず）に接続される。脳波測定用電極１００が脳波測定に用いられる場合、リード線３０は脳波測定用電極１００を介して検出された電気信号を解析する信号解析装置（図示せず）に接続される。

脳波測定用電極１００は図２Ａに示すように、導電性ゲルで形成されているチップ部６０と、蓋部５０と、金属線４０と、を備える。チップ部６０の下端には突起部６５が形成されている。図２Ｂに示すように、チップ部６０は７つの突起部６５を有する。蓋部５０は例えばエポキシ樹脂等の樹脂材料で形成されており、その外周面にはねじ山が形成されている。蓋部５０の下面にはチップ部６０を挿入可能な孔が形成されており、チップ部６０はこの孔に挿入されている。金属線４０は蓋部５０の中心を貫通し、チップ部６０のほぼ中心に挿入されてチップ部６０と電気的に接続されている。チップ部６０は蓋部５０との間の摩擦力によって保持されており、蓋部５０と摺動可能である。このため、チップ部６０は金属線４０をおおよその回転軸として蓋部５０と独立して回転することができる。すなわち、蓋部５０はチップ部６０を回動可能に支持している。

キャップ部１０には図３に示すように、ホルダ部２０が取り付けられている。ホルダ部２０の内周面には、蓋部５０の外周面に形成されているねじ山と螺合可能な溝が形成されている。脳波測定時において、脳波測定用電極１００はホルダ部２０にねじ込まれ、図１に示すように、測定対象である頭部４００に押しつけられる。導電性ゲルで形成されているチップ部６０は頭部４００から発生する微弱な電気信号を検出し、リード線３０を介して操作対象であるコンピュータ等の電子機器、又は信号解析装置へと伝達される。電子機器又は信号解析装置は、伝達された電気信号に対応して所定の動作を行う。

頭部４００の表面に頭髪がある場合、チップ部６０と頭部４００との間に頭髪が挟まると十分な導通が確保できず、頭部４００から発生する微弱な電気信号を正確に検出できないおそれがある。ここで、脳波測定用電極１００は、チップ部６０の先端に複数の突起部６５を有している。突起部６５が頭髪の間に入り込むことにより、脳波測定用電極１００と頭部４００との間の導通が確保される。このため、脳波測定用電極１００は頭部４００からの微弱な電気信号を正確に検出することができる。

また、頭部４００の表面に頭髪がある場合、脳波測定用電極１００がホルダ部２０にねじ込まれる際にチップ部６０の先端に頭髪が巻き付き、頭髪を引っ張って被験者に痛みや不快感を与えるおそれもある。ここで、チップ部６０の先端に形成されている突起部６５は導電性ゲルで形成されており、可撓性を有する。このため、頭髪が巻き付いても頭髪を強く引っ張ることがなく、被験者に痛みや不快感を与えるおそれが小さい。さらに、突起部６５は可撓性を有するため、圧力がかけられると頭部４００の曲面に対応して変形し、頭部４００との間に十分な接触面積を確保することができる。この結果、チップ部６０と頭部４００との間の電気抵抗を小さくすることができ、頭部４００からの微弱な電気信号をより確実に検出することができる。

さらに、脳波測定用電極１００のチップ部６０は、蓋部５０と摺動可能であり、蓋部５０とは独立して回転することができる。このため、仮に突起部６５に頭髪が巻き付いた状態で蓋部５０を回転させても、チップ部６０に加わる力がある一定値を超えるとチップ部６０はそれ以上回転することがなく、蓋部５０のみが独立して回転する。このようにチップ部６０が頭髪を強く引っ張ることがないため、被験者に痛みや不快感を与えるおそれが極めて小さい。

本実施形態においては、蓋部５０の代わりに図４に示すような蓋部５１を用いてもよい。蓋部５０との違いは、図４に示すように、チップ部６０が挿入される部分の内周面に凸部８４を有する点である。凸部８４は蓋部５１の内周面を一周するよう、リング状に形成されている。蓋部５１の孔に導電性ゲルからなるチップ部６０が挿入されると、図５に示すように、チップ部６０は凸部８４に圧迫されてわずかに変形する。この結果、チップ部６０の不慮の脱落を防ぎ、脳波測定用電極の取り扱いをさらに容易にすることができる。なお、先に述べたように凸部８４は蓋部５１の内周面を一周するようリング状に形成されているため、チップ部６０が水平方向に回転することを妨げない。

本実施形態において、ホルダ部２０又は蓋部５０の少なくともどちらか一方を柔軟性を有するものとしてもよい。例えば、蓋部５０がエポキシ樹脂等の硬質樹脂で形成されており、ホルダ部２０が柔軟性を有する素材で形成されている場合、脳波測定用電極１００を回転させずに押し込むことによってホルダ部２０は変形し、径方向に広げられる。脳波測定用電極１００がある位置まで押し込まれたところで、次に蓋部５０を回転させる。すると蓋部５０のねじ山とホルダ部２０に形成されているねじ山とが螺合し、以降は蓋部５０を回転させることによってチップ部６０が押し込まれる深さや測定対象に加える圧力を微調整することが可能となる。これとは逆に、ホルダ部２０は硬質樹脂や金属等で形成されており、蓋部５０は柔軟性を有する素材で形成されていてもよい。ただし、柔軟な導電性ゲルからなるチップ部６０を確実に支持するためには、蓋部５０は硬質樹脂等で形成され、ホルダ部２０が柔軟性を有する素材で形成されている方が好ましい。なお、これは蓋部５０の代わりに、後述する第２実施形態において用いられる、図６に示す蓋部５２が用いられる場合においても同様である。蓋部５２が用いられる場合、例えば図７に示すホルダ部２１を柔軟性を有する素材で形成することによって、脳波測定用電極１２０の脱着をより容易に行うことができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る脳波測定用電極１２０について図６及び図７を参照しながら説明する。脳波測定用電極１２０に用いられるチップ部６０は、第１実施形態に係る脳波測定用電極１００のチップ部６０と同じである。脳波測定電極１００との違いは、蓋部５０の代わりに、図６に示すように外周面に凸部８５を有する蓋部５２が用いられる点である。

脳波測定用電極１２０は、例えば図７に示すように、内周面に複数の凹部８０が形成されているホルダ部２１と組み合わせて用いられる。複数の凹部８０は、それぞれホルダ部２１の内周面を一周するようにリング状に形成されている。脳波測定用電極１２０がホルダ部２１に挿入されると、凸部８５が凹部８０と噛み合うことにより脳波測定用電極１２０が固定される。このようにしてチップ部６０が測定対象に対して押しつけられ、チップ部６０と測定対象との間の導通が確保される。なお、凹部８０の形状は限定されないが、リング状に形成されているものは、脳波測定用電極１２０を挿入する際に凸部８５と凹部８０との位置合わせを行う必要がないため特に好ましい。なお、測定対象が頭部であって、万一突起部６５と頭皮との間に頭髪が入り込んで十分な導通が確保されないような場合、凹部８０はリング状に形成されているため、脳波測定用電極１２０をホルダ部２１に挿入し、固定した後で左右に回転させてもよい。このようにすることで、可撓性を有する突起部６５は頭皮に押しつけられて変形しながら頭髪を掻き分けてその間に入り込む。この結果、導通を確保することができる。突起部６５は導電性ゲルで形成されているため、この場合も被験者に痛みや不快感を与えるおそれは小さい。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る脳波測定用電極１３０について、図８及び図９を参照しながら説明する。脳波測定用電極１３０に用いられるチップ部６０は、第２実施形態に係る脳波測定用電極１２０のチップ部６０と同じである。脳波測定用電極１２０との違いは、図８に示すように、蓋部５３が外筒５３ａと内筒５３ｂとを有する二重構造になっており、その内部にばね９０が配置されている点である。

蓋部５３の外周面には、図６に示す蓋部５２と同様、凸部８５が形成されている。図９に示すように、脳波測定用電極１３０がホルダ部２１に押し込まれると、凸部８５がホルダ部２１の内周面に形成されている凹部８０と噛み合うことにより外筒５３ａが固定される。

ここで脳波測定用電極１３０は、図９に示すように、蓋部５３の内部にばね９０を備える。ばね９０はホルダ部２１に固定された外筒５３ａによって圧縮され、その反発力によって内筒５３ｂを介してチップ部６０を測定対象に押しつける。適切な硬さのばね９０を選択することにより、チップ部６０をより適切な圧力で測定対象に押しつけることが出来る。

なお、本実施形態においては外筒５３ａの外周面に、凸部８５の代わりに蓋部５０と同様のねじ山が形成されていてもよい。この場合、ホルダ部としては図３に示すような溝が形成されたホルダ部２０が用いられる。

（第４実施形態）
ここまで、第１〜第３実施形態及びその変形例として蓋部の下面にチップ部６０を挿入するための孔が形成されている例を示したが、蓋部の形状はこれに限定されない。次に、本発明の第４実施形態に係る脳波測定用電極１４０について、図１０Ａ〜図１２Ｂを参照しながら説明する。脳波測定用電極１４０の蓋部５４は、図１０Ａに示すように、チップ部６０と接する面が平坦に形成されている。金属線４０の先端は蓋部５４の下面に露出している。蓋部５４の下面と図１０Ｂに示すチップ部６０の上面とが接触することによって、金属線４０とチップ部６０との間の導通が確保される。なおこのような蓋部５４が用いられる場合、図１１に示すように、蓋部５４の下面に導電性グリース７０が塗布されることが好ましい。導電性グリース７０は、例えば銀粒子等を含有するペースト状の導電性材料である。これにより、チップ部６０と金属線４０との接触抵抗を小さくすることができる。

このような脳波測定用電極１４０は、あらかじめ図１１に示すような形として用いてもよいし、あるいは次のようにして用いることもできる。まず、測定対象である頭部４００にホルダ部２０が取り付けられているキャップが装着される。次に、図１２Ａに示すように、ホルダ部２０内にチップ部６０が挿入される。続いて図１２Ｂに示すように、導電性グリース７０が塗布されている蓋部５４がホルダ部２０内にねじ込まれる。蓋部５４はチップ部６０をチップ部６０と頭部４００との接触面に対して垂直方向に押しつける。この結果、金属線４０とチップ部６０、及びチップ部６０と頭部４００との間の導通がそれぞれ確保される。この場合、チップ部６０は蓋部５４の下面によって支持されていると共に、ホルダ部２０によっても支持されている。

チップ部６０はホルダ部２０内に挿入可能な大きさであり、さらに蓋部５４と完全には固着されていない。したがって、チップ部６０は蓋部５４とは独立して回転可能である。例えば、チップ部６０に頭皮が接触した状態、又は頭髪が巻き付いた状態で蓋部５４を回転させると、チップ部６０にかかる力がチップ部６０と蓋部５４との間の静止摩擦力を超えた時点で、蓋部５４はチップ部６０とは独立して回転し始める。このため、これまでに示した各実施形態に係る脳波測定用電極と同様、本実施形態に係る脳波測定用電極も頭髪を巻き込んで被験者に痛みや不快感を与えるおそれが小さい。本実施形態において導電性グリース７０の使用は必須ではないが、導通を確保するためには使用することが好ましい。この際、チップ部６０と頭部４００との間に導電性グリース７０を塗布する必要はないため、頭髪や頭皮に導電性グリース７０が付着するおそれはない。

これまでの各実施形態では金属線４０が蓋部に差し込まれている例を示したが、金属線４０が接続される位置はこれに限定されない。蓋部がステンレス等の導電性材料により形成されており、その表面に金属線４０が接続されていてもよい。または、例えば図１３に示すように、ホルダ部２０に金属線４０が接続されていてもよい。図１３において、ホルダ部２０は例えばステンレス等の導電性材料から形成されている。ホルダ部２０の内周面には、ほぼ全面に導電性グリース７０が塗布されている。チップ部６０により検出された電気信号は、ホルダ部２０を介して金属線４０へと伝達される。金属線４０は伝達された電気信号を信号解析装置（図示せず）へと伝達する。チップ部６０と蓋部５５とは互いに独立して回転可能である点、チップ部６０と頭部４００との間には導電性グリース７０は塗布されないため頭髪や頭皮に付着するおそれがない点は、先に述べた脳波測定用電極１４０と同様である。なおこの場合、異なる種類の金属がチップ部６０に接触すると酸化還元反応により金属イオンの溶出や導電性ゲルの着色を招くおそれがある。これらの現象は脳波測定をただちに不可能とするものではないが、脳波測定用電極やホルダ部２０の劣化の原因ともなるため、導電性グリース７０はホルダ部２０の内周面全面に塗布されており、ステンレス部が露出していないことが好ましい。あるいは、導電性グリース７０を使用せず、ホルダ部２０とチップ部６０とを直接接触させて導通を確保してもよい。

（第５実施形態）
第１〜第４実施形態及びその変形例ではチップ部６０が蓋部との摩擦力によって回動可能に支持されている例を示したが、チップ部６０を回動可能に支持する方法はこれに限定されない。例えば、図１４に示す脳波測定用電極１５０のように、蓋下部５５ｂとチップ部６０とが固定されており、蓋上部５５ａと蓋下部５５ｂとが例えばベアリング部５６を介して結合されていることにより、チップ部６０を蓋上部５５ａと独立して回転可能に支持していてもよい。本実施形態においても、蓋部５５がホルダ部２０にねじ込まれる際、蓋上部５５ａと蓋下部５５ｂとは独立して回転可能であるためチップ部６０が頭髪を巻き込むことがなく、被験者に痛みや不快感を与えるおそれが小さい。

なお、本実施形態においては、蓋下部５５ｂはステンレス等の導電性材料で形成されていることが好ましく、少なくとも蓋下部５５ｂとホルダ部２０との間には導電性グリース７０等が充填されていることが好ましく、蓋上部５５ａは例えば樹脂等の非導電性材料で形成されていることが好ましい。このような構成とすることによって、チップ部６０を介して伝達された電気信号を信号処理装置に効率よく伝達することができる。導電性グリース７０はホルダ部２０の内周面全面に塗布されている方が好ましい点は、先の変形例と同様である。

蓋上部５５ａと蓋下部５５ｂとを互いに独立して回転可能に構成する手段は、ベアリング部５６に限られない。例えば、蓋上部５５ａと蓋下部５５ｂとの間にグリース、オイル等が塗布されていてもよい。または、例えば平滑な表面を有するフッ素樹脂シート又はフッ素樹脂皮膜のように、摩擦係数の小さい部材が蓋上部５５ａと蓋下部５５ｂとの間に配置されていてもよい。

ここまで、本発明に係る脳波測定用電極のうち、チップ部６０全体が導電性ゲルで形成されている実施形態について図面を参照しながら詳細に述べたが、突起部６５が導電性と、可撓性又は伸縮性と、を有していればよい。例えば、突起部６５のみが導電性ゲルで形成されていても差し支えない。

導電性ゲルとしては、親水性ゲル、親油性ゲルのどちらであっても用いることができる。親水性ゲルの例としては、導電性を付与するための各種無機イオンと、ポリビニルアルコールや多糖類等の親水性ポリマーと、水又は各種親水性溶媒とを混合し、固化させたものが挙げられる。このうち親水性溶媒としては、例えばエチレングリコール、グリセリン、若しくはプロピレングリコールなどの多価アルコール類、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド又はソルビトールなどが挙げられる。一方、親油性ゲルの例としては、各種イオン性液体を内包するポリビニルクロライドや、各種有機イオン又は各種イオノフォアと親油性溶媒とを内包するポリマーなどが挙げられる。

さらに、導電性ゲルの代わりに、導電性と可撓性とを有する他の高分子材料又は高分子組成物が用いられてもよい。このような高分子材料又は高分子組成物の例として、例えば金属粉や導電性カーボンが配合された導電性ゴム、ポリピロールやポリアニリン等の有機導電性物質等が挙げられる。

（第６実施形態）
次に、本発明に係る脳波測定用電極のうち、測定対象と接触する部分が金属材料で形成されている脳波測定用電極の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。脳波測定用電極１６０は、図１６Ａに示すように、チップ部６２と、支持部５７と、金属線４０と、を備える。チップ部６２と支持部５７とは固定されている。チップ部６２の下端には突起部６７が形成されている。図１６Ｂに示すように、脳波測定用電極１６０は７つの突起部６７を有する。

突起部６７は、例えば白金で形成され、金属線４０と電気的に接続されている。図１７に示すように、突起部６７の頭部４００と接触する面には微小な凹凸が形成されている。この凹凸は、例えばサンドブラスト加工等の公知の方法により形成される。突起部６７は直径が約１．３ｍｍであり、長さが約６ｍｍである。

支持部５７は例えばエポキシ樹脂等の樹脂材料で形成されている。支持部５７の外周面には、図１６Ａに示すように、凸部８６が形成されている。凸部８６は図１６Ａに示すように、支持部５７が脳波測定用キャップのホルダ部２１に押し込まれた際に、ホルダ部２１の内周面に形成された凹部８０と噛み合って支持部５７を固定し、突起部６７を測定対象に押しつける役割を果たす。なお、このホルダ部２１の構造や材質は、第２実施形態において説明したホルダ部２１と同一である。

図１８に示すように、チップ部６２はその内部に複数のばね９２を備える。ばね９２は複数の突起部６７に対してそれぞれ独立に備えられている。ばね９２は、突起部６７が測定対象である頭部（図示せず）に押しつけられた際、頭皮に対して所定の圧力で各突起部６７を押しつけるよう、各突起部６７を付勢する。圧力は測定対象や測定の目的に応じて任意に選択されるが、圧力が低すぎる場合は十分な導通が確保できず、高すぎる場合は頭皮への負担が増大する。圧力は１〜１００Ｎ／ｃｍ^２が好ましく、１０〜８０Ｎ／ｃｍ^２がさらに好ましく、２０〜５０Ｎ／ｃｍ^２が特に好ましい。

突起部６７は頭髪の間に入り込むため、頭皮と確実に接触することができる。さらに突起部６７はそれぞればね９２によって付勢されているため、頭部の形状に合わせてそれぞれ独立に動き、所定の圧力で頭皮と接触する。このため、脳波測定用電極１６０は頭部との導通を確保し、微弱な電気信号を正確に検出することができる。検出された電気信号は、金属線４０を通じて電子機器や信号解析装置へと伝達される。本実施形態では、ばね９２によって頭皮に与える圧力を調整することができるため、頭皮と電極との間の導通を確保しつつ、頭皮への負担を軽減することができる。なお、本実施形態では直径が約１．３ｍｍで長さが約６ｍｍの突起部を例示したが、大きさはこれに限定されない。直径は太すぎると突起部の先端と頭皮との間に頭髪が挟まるので好ましくない。一方、細すぎると頭皮に局所的に力が加わり頭皮への負担が増大する、頭皮との接触面積が減り接触インピーダンスが増大する、等の問題がある。突起部の直径は１〜３ｍｍ程度が好ましい。長さは頭髪の量等にも依存するため特に限定されないが、あまり長いと強度上問題があるため、電極の直径を越えないことが好ましい。

ペーストレス型電極において、頭皮と接触する部分が白金等の金属材料で形成されている場合、先の実施形態において示した導電性ゲルからなる突起部と比べて頭皮との間の接触抵抗が大きくなる場合がある。頭部から発生する電気信号は微弱であるため、頭皮との接触抵抗が大きいと、得られる信号のＳ／Ｎ比が悪化したり、外部からのノイズの影響を受けやすくなったりするという問題がある。

ここで、先に述べたように、脳波測定用電極１６０の突起部６７の測定対象と接触する面には微小な凹凸が形成されている。この突起部６７が頭部４００に押しつけられると、図１７に示すように、頭皮からの汗５００等の分泌物が突起部６７の凹凸の内部に入り込む。汗５００は導電性を有するため、突起部６７と頭部４００との接触面積を増大させ、接触抵抗を減少させる。この結果、脳波測定用電極１６０はペーストレスでも頭部４００からの微弱な電気信号を正確に検出することができる。なお、本実施形態では微小な凹凸をサンドブラスト等で形成する例を示したが、凹凸の形成方法はこれに限られず、公知の手段を用いることができる。例えば、研磨剤や研磨器具による表面研磨、電析による金属微粒子の形成、薬品や電解処理によるエッチング加工などを用いることができる。

検出された電気信号は、先に説明した各実施形態と同様、金属線４０に接続されたリード線（図示せず）を介して操作対象であるコンピュータ等の電子機器、又は信号解析装置へと伝達される。電子機器又は信号解析装置は、伝達された電気信号に対応して所定の動作を行う。このようにして、BMIを利用した電子機器の操作や、信号解析装置による脳波の測定・解析が可能となる。

（第７実施形態）
次に、第７実施形態に係る脳波測定用電極１７０について図１９を参照しながら説明する。脳波測定用電極１７０は、図１４に示した第５実施形態に係る脳波測定用電極１５０と同様の構成を有する。具体的には、図１９に示すように、チップ部６２が蓋下部５５ｂに固定されており、蓋上部５５ａと蓋下部５５ｂとは例えばベアリング部５６を介して結合されている。この結果、チップ部６２は蓋上部５５ａと独立して回転可能に支持されている。

本実施形態においては、蓋部５５がホルダ部２０にねじ込まれる際、蓋上部５５ａと蓋下部５５ｂとが独立して回転可能であるため、チップ部６２に形成されている突起部６７が頭髪を巻き込むことがない。このため、脳波測定用電極１７０は装着時に被験者に痛みや不快感を与えるおそれが小さい。

本実施形態においては、蓋下部５５ｂはステンレス等の導電性材料で形成されていることが好ましく、少なくとも蓋下部５５ｂとホルダ部２０との間には導電性グリース７０等が充填されていることが好ましい。一方、蓋上部５５ａは例えば樹脂等の非導電性材料で形成されていることが好ましい。このような構成とすることによって、チップ部６２を介して伝達された電気信号を信号処理装置に効率よく伝達することができる。

蓋上部５５ａと蓋下部５５ｂとを互いに独立して回転可能に構成する手段として、ここでは、ベアリング部５６を例示したが、これに限定されない。例えば、蓋上部５５ａと蓋下部５５ｂとの間にグリース、オイル等が塗布されていてもよい。または、例えば平滑な表面を有するフッ素樹脂シート又はフッ素樹脂皮膜のように、摩擦係数の小さい部材が蓋上部５５ａと蓋下部５５ｂとの間に配置されていてもよい。

以上、本発明に係る脳波測定用電極のうち、測定対象と接触する部分が金属材料で形成されている脳波測定用電極の実施形態について図面を示しながら詳細に説明したが、本発明の範囲はこれに限定されない。

第６実施形態及び第７実施形態では突起部６７が白金で形成されている例を示したが、良好な導電性を有する金属材料であればよく、特に限定されない。例えば白金、イリジウム、ロジウム、金、銀等の貴金属の他、白金イリジウムなどの貴金属合金、ステンレス、チタン等のその他の導電性の金属や合金等を用いることもできる。この中では、酸化しにくく、金属アレルギー等の原因にもなりにくい白金、金が好ましい。中でも、白金は金よりも硬度が高く、多数回の使用に耐えるため最も好ましい。

突起部は、複数の材料を組み合わせて形成されてもよい。例えば、突起部６７の心材を別の金属材料で形成しておき、後にその先端を化学めっき、電解めっき、スパッタリング、真空蒸着等の公知の手法により白金や金の皮膜で覆うようにしてもよい。または、ペースト状の有機金属化合物を表面に塗布し、焼成して有機物を除くことによって金属皮膜を形成することもできる。この場合、表面をサンドブラスト等により粗面化した心材を金属皮膜で覆ってもよく、又は金属粒子を焼結した多孔質の金属材料を心材に用い、その表面を白金や金の皮膜で覆うようにしてもよい。

または、金属皮膜を形成する代わりに、突起部の先端に金や白金等を取り付けてもよい。具体的には、真鍮等の一般的な導電性材料で形成された突起部の先端に、金又は白金をスポットウェルディング法により取り付けて用いる方法が挙げられる。この場合、取り付けられた金や白金を前述の手法により粗面化してもよく、又は金又は白金の微粒子の焼結体をスポットウェルディング法によって取り付けてもよい。いずれの場合においても、突起部６７は測定対象との接触面に微小な凹凸を有することが好ましい。

第６実施形態及び第７実施形態ではチップ部６２が支持部５７に直接固定されている例を示したが、支持部５７はその内部にさらに弾性部材を備えていてもよい。具体的には、図２０に示す脳波測定用電極１８０のように、支持部としての蓋部５３の内部にチップ部６２を付勢するためのばね９０を備えていてもよい。この場合、チップ部６２と蓋部５３とは摺動可能に構成されている。蓋部５３は、エポキシ樹脂やフッ素樹脂等で形成されている。蓋部５３がキャップ部に装着されると、ばね９０がチップ部６２を付勢して測定対象に所定の圧力で押しつける。ばね９０と、各突起部６７に備えられているばね９２（図２０では省略されている）と、が突起部６７と測定対象との間の圧力を好ましい範囲に保つ。この結果、脳波測定用電極１８０は測定対象である頭皮に過度の負担を与えることなく、頭皮との間の導通を確保することができる。

第１〜第７実施形態においては発明の理解を容易にするために突起部が７つである例を示したが、突起部の数はこれに限定されず、１つであっても、複数であってもよい。ただし、頭皮との接触面積を確保し、さらに頭皮への負担を軽減するためには、突起部は複数形成されていることが好ましい。突起部の数は例えば１〜２０が好ましく、５〜１０が特に好ましい。

また、本発明に係る脳波測定用電極はいずれも、検出した電気信号を増幅するための増幅回路や、検出した電気信号に対する外部ノイズの影響を除くためのバッファ回路等をさらに備えていてもよい。増幅回路やバッファ回路を備えることで、外部からのノイズの影響を受けにくくすることができる。

本発明に係る脳波測定用電極及び脳波測定用電極付きキャップについて、実施例を示しながらさらに詳細に説明する。実施例１では、図２Ａに示した第１実施形態に係る脳波測定用電極１００と同様の形状を有する脳波測定用電極及びこれを備える脳波測定用電極付きキャップを作製した。まず、市販の頭部保護用キャップに、直径１６ｍｍの円形孔を数カ所形成した。この円形孔に市販のステンレス製雌ねじ（直径１６ｍｍ）をシリコン系接着剤を用いて取り付けた。この雌ねじは、実施形態におけるホルダ部として機能するものである。

蓋部は、所定の形状の鋳型にエポキシ系常温硬化樹脂テクノビット（登録商標）４００４を流し込み、硬化させることにより作製した。このとき、直径０．５ｍｍ、長さ２０ｍｍの銀線を中心に差し込み、両端が蓋部の外に出る形で硬化させた。この際、銀線のうち電極チップに挿入される長さは約５ｍｍとなるよう位置を調整した。硬化後、成形物を取り出した。蓋上部から露出している銀線にリード線をはんだ付けした。

電極チップは図１５に示す鋳型３００を用いて作製した。鋳型３００は上鋳型３１０と下鋳型３２０とから構成されている。上鋳型３１０と下鋳型３２０とは分離可能である。本実施例においては、鋳型３００として、上部の高さが５ｍｍ、円筒形貫通孔の内径が１６ｍｍ、下部には内径１．５ｍｍ、深さ５ｍｍの円筒形の孔が７箇所形成されているものを用いた。ここに、ポリビニルアルコール６．５％、塩化カリウム９．７％、プロピレングリコール４１．９％及び水４１．９％（いずれも重量基準）で混合し、約９０℃に加熱して均一にしたものを流し込んだ。これを冷却して固化させた後、鋳型の上下を分離して取り出し、電極チップを得た。これを蓋部に挿入することにより、本発明に係る脳波測定用電極が得られた。なおこの際、電極チップを消毒用アルコールで湿らせることにより、電極チップを消毒するとともに蓋部への挿入を容易にすることができた。

次に、実施例２に係る脳波測定用電極付きキャップの作製について詳細に説明する。実施例２では、図１１に示した第４実施形態に係る脳波測定用電極１４０と同様の構造を有する脳波測定用電極及びこれを備えるキャップを作製した。キャップ部、電極チップ部は、それぞれ実施例１と同様の手順により作製した。

蓋部は、所定の形状の鋳型にエポキシ系常温硬化樹脂テクノビット（登録商標）４００４を流し込み、硬化させることにより作製した。このとき、直径０．５ｍｍ、長さ２０ｍｍの銀線を中心に差し込み、一端が蓋部の上面から外に出る形で硬化させた。硬化後、成形物を取り出した。蓋部下面を紙ヤスリにより研磨し、銀線の端部を露出させた。一方で、蓋上部から露出している銀線の端部にリード線をはんだ付けした。蓋部下面に銀の微粒子を含む導電性グリースを適量塗布し、ここに導電性ゲルで形成された電極チップ部を貼り付けることによって、本発明に係る脳波測定用電極が得られた。

次に、実施例３に係る脳波測定用電極付きキャップの作製について詳細に説明する。実施例３では、図１６Ａに示した第６実施形態に係る脳波測定用電極１６０と同様の構造を有する脳波測定用電極及びこれを備えるキャップを作製した。突起部としては、心材の表面にサンドブラスト加工によって凹凸を形成した後、金めっきを施した物にばねを装着して用いた。この突起部を組み込んだチップ部を支持部に固定し、図１６Ａに示すような構造を得た。なお、比較のために、サンドブラスト加工を行わず金めっきを施したものを突起部として用いた電極も作製した。

（脳波測定）
上記の方法により作製されたキャップ、蓋部及び電極チップを用いて脳波測定を以下の手順により実施した。まず被験者にキャップを被せた。次にキャップに取り付けられている各電極ホルダの貫通孔に、実施例１において作製した脳波測定用電極をそれぞれ突起が頭部を向くように挿入した。なお、電極チップは使用する直前に消毒用エタノールにより消毒して用いた。蓋部を回転させながら電極ホルダにねじ込み、所定の位置で固定した。電極ホルダに電極をねじ込む際、最初は蓋部の回転に伴い電極チップも回転したが、電極チップの先端の突起が頭髪又は頭皮と接触すると、以降は電極チップは回転せず、蓋部のみが独立して回転することによって電極チップを頭皮に対して垂直方向に押圧した。このため、電極チップやその突起部が被験者の頭髪を巻き込むことはなかった。この際、被験者に装着感を確認したが、痛みや不快感を訴える被験者はいなかった。本発明に係る脳波測定用電極が、頭髪を巻き込んだり、頭皮に対して過度の圧力を加えたりして被験者に痛みや不快感を与えるおそれは小さいことが確認された。

電極チップが所定の位置と圧力で固定された後、蓋部に接続されているリード線を市販の脳波計測器（g.tec社製）に接続し、２電極間のインピーダンスを測定した。測定値はいずれも１５ｋΩ以下であり、BMIに十分な程度の導通が確保されていることが確認された。実施例２、実施例３において作製した脳波測定用電極についても同様に測定を行い、こちらも測定値が１５ｋΩ以下であることが確認された。これに対し、比較のために作製した電極（前述の通り、真鍮の突起の先端をサンドブラスト加工せずに金メッキ加工をしたもの）では装着後約１０秒程度で測定値が４０〜５０ｋΩ程度まで低下したものの、その後は測定値の大きな低下は見られなかった。このように、本発明に係る脳波測定用電極及び脳波測定用電極付きキャップによれば、頭皮に対して過度の圧力を加えることなく、頭髪の間を通して頭皮に確実に接触し導通を確保できることが確認された。

以上、実施の形態及び実施例を挙げて本発明について詳細に説明したが、本発明の範囲は上記の実施の形態に限定されるものではないことは言うまでも無い。当業者により為される改良、置換、組み合わせ等は、本発明の要旨を超えない限り、本発明の範囲に含まれるものである。

１０ キャップ部
２０，２１ ホルダ部
３０ リード線
４０ 金属線（銀線）
５０，５１，５２，５３，５４，５５，５７ 蓋部（支持部）
５３ａ 外筒
５３ｂ 内筒
５５ａ 蓋上部
５５ｂ 蓋下部
５６ ベアリング部
６０ チップ部（導電性ゲル）
６２ チップ部（金属材料）
６５ 突起部（導電性ゲル）
６７ 突起部（金属材料）
７０ 導電性グリース
８０ 凹部
８４，８５，８６ 凸部
９０，９２ ばね（弾性部材）
１００，１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，１７０，１８０ 脳波測定用電極
２００ 脳波測定用電極付きキャップ
３００ 鋳型
３１０ 上鋳型
３２０ 下鋳型
４００ 頭部
５００ 汗

Claims (13)

1. 測定対象に当接して前記測定対象から電気信号を受け取るチップ部と、
   前記チップ部から前記電気信号を受け取り信号処理装置へ伝達する信号伝達部と、
   を備え、
   前記チップ部の前記測定対象と当接する面には導電性と、可撓性又は伸縮性と、を有する突起が形成され、
   前記突起は導電性を有する金属材料で形成されており、
   前記突起は弾性部材によって前記測定対象との接触面に対して垂直方向に付勢されることにより伸縮性を有する、
   脳波測定用電極。
2. 前記チップ部を支持する支持部をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の脳波測定用電極。
3. 前記支持部は前記チップ部と前記測定対象との接触面に対して垂直な回転軸を中心に回動可能に支持する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の脳波測定用電極。
4. 前記突起の前記測定対象と接触する面には凹凸が形成されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の脳波測定用電極。
5. 前記突起は複数形成されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の脳波測定用電極。
6. 前記弾性部材は複数備えられており、複数の前記突起をそれぞれ独立して付勢する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の脳波測定用電極。
7. 前記突起は前記接触面と平行方向の径が１〜３ｍｍであり、前記接触面と垂直方向の長さが１〜１０ｍｍである、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の脳波測定用電極。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の脳波測定用電極と、
   人間の頭部に装着可能な形状を有し前記脳波測定用電極が挿入されるホルダ部を有するキャップ部と、
   を備え、
   前記ホルダ部は前記脳波測定用電極を固定して前記チップ部を前記頭部との接触面に対して垂直方向に所定の圧力で押しつける、
   ことを特徴とする脳波測定用電極付きキャップ。
9. 請求項２又は３に記載の脳波測定用電極と、
   人間の頭部に装着可能な形状を有し前記脳波測定用電極が挿入されるホルダ部を有するキャップ部と、
   を備え、
   前記脳波測定用電極の前記支持部はその外周面に凹部又は凸部を有し、
   前記ホルダ部は前記凹部又は前記凸部と噛み合うことによって前記脳波測定用電極を固定して前記チップ部を前記頭部との接触面に対して垂直方向に所定の圧力で押しつける、
   ことを特徴とする脳波測定用電極付きキャップ。
10. 前記凹部又は凸部はねじ部である、
    ことを特徴とする請求項９に記載の脳波測定用電極付きキャップ。
11. 前記支持部は、前記チップ部を前記頭部との接触面に対して垂直方向に所定の圧力で押しつける弾性部材をその内部に有する、
    ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の脳波測定用電極付きキャップ。
12. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の脳波測定用電極を備える、
    ことを特徴とする脳波測定装置。
13. 請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の脳波測定用電極付きキャップを備える、
    ことを特徴とする脳波測定装置。

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