JP2013509906A - 使用者頭骨の電極位置決め装置 - Google Patents

Abstract

使用者の頭骨上に電極を位置決めするための装置が提供される。前記装置は、ハウジング、例えばヘッドホン装置のヘッドピースを含み、これは使用者の頭の回りに置かれ得る。弾性要素及び複数の電極が位置決めされ、前記ハウジングが使用者の頭に置かれると、前記弾性要素が前記使用者の頭の曲線に少なくとも部分的に従う。使用者の頭の回りに前記ハウジングを置くことで生じる前記弾性要素の伸長による応力が、前記弾性要素を少なくともいくつかの前記複数の電極を前記頭骨の方へ押し付ける。これにより複数の電極の前記頭骨への効果的な接触が可能となる。

Description

本発明は、電気的脳活動を測定する分野、より具体的にはこの目的で使用者の頭骨の電極を位置決めする分野に関する。

電気的脳活動を測定するために、使用者の頭部と接触する電極を有する装置が必要である。かかる装置は、医学的診断、例えば脳波（ＥＥＧ）を提供することがよく知られている。ＥＥＧ電極を適用する際の主な問題点は前記頭骨への低インピーダンス接触を得ることである。医学的測定において、このことは通常、集積Ａｇ／ＡｇＣｌコーティング金属カップを持つ弾性キャップを用いてなされる。これらのカップの下の皮膚は通常、脱脂されかつしばしばさらに摩擦され、即ち前記頭骨の乾燥した上層を除去することで準備される。このカップには後でゲルを充填される。このことはより深い皮膚層へ低オーム接触させて、身体中のイオン流から前記測定システムの電流に「変換」することを保証する。導電性ゲルの使用はまた、髪層の厚さが人により異なることから前記金属接触と皮膚との間の距離の違いの問題を部分的に解決する。

スポーツ及び生活スタイル消費者製品などの非医学的応用のため、これらのある種の「ウェット」電極を用いてかつその機能に本質的な皮膚準備を行うことは実用的ではない。「ドライ」電極を実現することを目的とするいくつかの解決方法及び開発がなされている。

国際公開第００／４５７０１号は、かかる「ドライ」電極による解決が開示されている。これはヘッドギアを開示しており、これはフロントヘッドパッド、前記フロントヘッドパッドに接続されるベースストラップアセンブリ、ＥＥＧ電極を受けるための複数のＥＥＧ電極位置決め装置、及び前記フロントパッド材料、前記ベースストラップアセンブリ、及び使用者の頭骨に関して設けられる複数のＥＥＧ電極位置決め装置を正確に位置決めするための複数のＥＥＧ電極位置決め装置へ接続される、複数の位置決め装置ストラップを含む。バイザーが材料の前記フロントパッドに付設され、前記ベースストラップアセンブリが後頭部位置決め装置を含み得る。使用者の頭骨の髪を場合により分けるための拡張可能な指を持つプランジャアセンブリがまた提供され、使用者の頭骨を場合により準備し、電極を配置するための電極位置決め装置内に挿入される。しかし、この広報によるヘッドギアは、使用者がそれぞれのプランジャアセンブリを押して頭骨に接触させる必要がある。そこで、使用者は、ヘッドギアを取り付け、取り外すごとにその開始位置にプランジャアセンブリをリセットする必要がある。

国際公開第００／４５７０１号明細書

使用者の頭骨に電極を位置決めする装置であって使いやすい装置を提供することには利点がある。

この問題に対処すべく、本発明により、電気的脳活動を測定するために使用者の頭骨上に複数の電極を位置決めするための装置が提供され、前記装置は：
−使用者の頭部回りの少なくとも一部に置かれるように構成されるユニット；及び
−前記ユニットの内側に少なくとも１つの弾性要素を含む。

前記ユニットはまた、本装置の構成についてなんら限定することを意味することなく用語「ハウジング」と記載され得る。

前記装置はさらに、前記弾性要素と電極を位置決めし、前記ハウジングが使用者の頭に置かれると、前記弾性要素が使用者の頭の曲線に少なくとも部分的に従うようにするための位置決め配置を含む。使用者の頭の回りに前記ハウジングを置くことで生じる前記弾性要素の伸長による応力が、前記弾性要素が少なくともいくつかの前記複数の電極を前記頭骨方向に押し付ける。それにより、前記装置の使用者による相互調整の必要がなくなり、又は前記電極を頭骨に効果的に接触させるための必要な圧力を与えるためのなんらの外部装置の必要がなくなる。

前記複数の電極は、前記装置の一部として、又は使用者により前記装置へ配置する必要がある外部要素として提供されてもよい。

本発明の１つの実施態様により、前記複数の電極はフレキシブル表面上に設けられる。これにより、個々の電極が異なる方向にフレキシブルに移動可能となる。複数の電極が複数の配列に分けられる場合には、前記電極は前記頭骨の曲線に従うことが可能となり、できるだけ多くの電極と頭骨との必要な接触を可能とする。

前記ハウジングは、ヘッドバンドの形状を持ち、剛性材料である。例えばヘッドホン装置の一部であり得る。前記弾性要素は弾性ゴムであり得る。

本発明のさらなる実施態様により、前記位置決め配置はさらに、位置決めストラップを前記弾性バンドの内側に含み、これは複数の前記フレキシブル表面に固定される。前記位置決めストラップは開口部を含む。前記ハウジングが使用者の頭に置かれると、前記弾性バンドが前記電極に圧力を与え、前記電極が前記開口部を通って突出する。その結果、頭骨上の電極の位置が高い信頼性で定められ、ＥＥＧ電極の位置決めの標準として当技術分野で知られているＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ １０／２０ Ｓｙｓｔｅｍで定められる位置にできるだけ近くに位置決めすることができる。前記ハウジングの重量は、前記位置決めストラップの「ストレス」の大部分を定めるが、前記頭骨上の電極の圧力には影響しない。この力は、電極が設けられる前記フレキシブル表面上を通る弾性バンドを分離することでであって心地良いレベルに設定される。

前記ハウジングがヘッドホン装置である場合、前記位置決め配置は、使用者の頭の回りに前記ハウジングが置かれると、使用者の耳介に対して前記位置決めストラップの端部を突出するように２つの突出要素を含み得る。この方法で、耳が前記ヘッドホンを介して機械的基準として使用され得る。

頭のサイズ及び形状の変化に対処するために、前記位置決めストラップは複数部分に分けられ、これらは相互に１以上の接続装置により接続される。

他の実施態様によると、前記位置決め配置はさらに、前記フレキシブル表面のそれぞれについて、前記ハウジングの内側へ接続される個々の突出ユニットを含む。その結果、前記頭骨上の正しい位置に複数の電極を位置決めする簡単な装置となる。

前記フレキシブル表面は、電気電極が埋め込まれており、低粘度ゴムパッドであり、これはこの目的に極めて適切な選択である。前記電極配列を電気的に接続するために、金属箔が使用され得る。電気的接続のための他の手段は、導電性ゴムの使用である。

さらなる実施態様によると、電極は頭骨との接触のために丸められた端部を持つ金属ピンである。前記丸められた端部は、前記ピンが髪の束を皮膚（頭骨）へ通過することを容易にし、ピンと皮膚の間の髪を「分ける」ことを助けることができる。この形状により、従来のドライ電極装置で使用される鋭い端部を持つピンで起こり得る刺激もまたない。前記ピンを比較的柔らかい皮膚へ（低い圧力で）押し付けることにより、前記端部回りに接触領域が増加する。これにより接触抵抗をさらに低減する。

さらなる実施態様により、前記電極の長さは４ｍｍよりも長く、７ｍｍよりも短い、これにより前記構造は厚い髪層には大きく依存しなくなる。

前記金属ピン電極は金めっきされており、汗の塩分による起こり得る腐食の問題がなく、皮膚に対して干渉しないことを保証し、洗浄も十分可能となる。金はまた（例えば白金のように）アレルギーも起こさない。接触材料として適する他の接触材料は、炭素及びいくつかの導電性ポリマーである。ニッケル、クロム及び銅などの他の金属は、健康リスクのためにあまり適するものではない。脳活動測定のための現在使用されている電極のための接触材料、例えば塩化銀コーティング銀及びスズなどは、原理的には本発明の目的のために使用可能ではあるが、ある程度の時間経過後腐食の問題が起こり得る。ステンレススチール及びアルミニウム等の金属は自然酸化膜を有し、これにより皮膚への導電性を低下させる。イオン含有ポリマー又はセラミックスは、本発明の目的で原理的に使用可能ではあるが、時間経過及び洗浄によりその導電性が低下し得る。

本発明のこれらの及びその他の側面は、以下記載される実施態様を参照してより明らかとなり理解されるであろう。

当業者は、以下の図面を参照して以下詳細な説明に基づき、本発明、種々の本発明の構成、課題及び利点・効果についてより理解することができるであろう。

図１は、本発明の第１の実施態様による装置を示す。 図２は、図１の装置の、電極の配列（アレイ）、位置決めストラップ及び弾性バンドを示す。 図３は、図１の装置の位置決めストラップ及び弾性バンドの上面図である。 図４は、図１の装置で使用されるゴムパッドに埋め込まれる電極の配列の正面図である。 図５は、使用者の頭骨に接触する図４の電極配列を示す。 図６は、図４のゴムパッド及び電極の上面図である。 図７は、図４の電極配列の電気接続を示す。 図８は、本発明の第２の例示的実施態様による装置を示す。 図９は、図８の装置の電極配列の実装原理の拡大図である。 図中、類似の符号は類似の要素を意味する。

図１は、本発明の第１の例示的実施態様による、電気的脳活動を測定するための使用者の頭骨上に電極を位置決めするための装置１を示す。前記装置は、剛性かつフレキシブルな材料でできておりかつヘッドバンドの形状を有するヘッドピース３（これはまた、「ユニット」又は「ハウジング」と記載される）及びイアピース５を含む。前記装置はさらに、２つの突出要素７及び位置決めストラップ１３からなる位置決め配置を含む。前記突出要素７は、電極の複数の配列９を位置決めするために使用され（これは又「ドライ電極構造」とも記載される）、フレキシブル表面１０、弾性要素（バンド）１１及び位置決めストラップ１３で前記ハウジング３の内側に嵌めこまれている。前記２つの突出要素７は、前記ハウジングが前記使用者の頭回りに置かれる場合に前記使用者の耳介１４に対して位置決めストラップ１３の端部へ突出する。位置決めストラップの内側で小さなスプリング１６が設けられる。前記弾性バンド１１の端部もまた、前記位置決めストラップ１３の端部が前記突出要素７へ固定される位置の近くの前記突出要素７へ固定される。位置決めストラップ１３は、前記頭骨上の既定の位置で電極配列を位置決めするために使用される。図２及び３で示されるように、位置決めストラップ１３は複数のフレキシブル表面へ固定装置１５手段により固定される。これは、直径が約１５ｍｍを持つ開口部１７を含み、前記弾性バンド１１が前記電極上に圧力をかけると、ここを通じて前記配列９の電極が突出する。頭のサイズと形状の相違に対処するために、位置決めストラップ１３が半分に分けられ、その間を接続弾性バンド１９で接続されて前記頭骨への全周囲で良好な機械的接触を保証する。２つの電極配列の参照電極位置は、前記位置決めストラップの半分の固定点が負荷されるスプリングによりＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ １０／２０ ＳｙｓｔｅｍのＴ３／Ｔ４位置にできるだけ近くなるように設定される。前記位置決めストラップの半分は、前記主ヘッドホンクランプを介して機械的基準として前記耳を持つ。Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ １０／２０ ＳｙｓｔｅｍによるＣ３及びＣ４（Ｃ３−Ｃ４は、頭の後ろ領域での活動を拾うための中心サイトを意味する）に位置される前記センス電極配列は、前記位置決めストラップ部の両方の他の端部で固定される。この方法で、全ての電極配列が、前記使用者による普通の方法でヘッドホンを装着するだけの簡単な１作業でそれらの正しい配置へ位置決めされる。

前記ハウジング内に使用者の頭を挿入することで、前記弾性バンドが引き伸ばされ、それにより生じる弾性バンド上の応力により（これにより位置決めストラップ１３と弾性バンド１１を上方へ押し上げる）、電極が効果的に頭骨に接触することとなる。

最後に追加の（活性）身体接地電極、通常はリスト（−ストラップ）電極が頭の頂部の中間部（ＥＥＧＣｚ位置）に加えられ得る。前記身体接地電極は通常は、前記シグナル品質を改良するためにバイオシグナル測定のための増幅装置で使用される。

配線及び電子回路は、ヘッドホン内に組み込まれているか又は外部装置であり、図１〜３には図示されていない。

図４〜７には、電極配列９を実施するための例示的実施態様が記載される。電極２０は金めっき金属ピンであって直径約１ｍｍであり、それらの中心軸間２．５ｍｍでお互いの距離で配置されている。これらは、２ｍｍ厚さ、低粘性、シリコーンゴムでできているゴムパッドの前記フレキシブル表面内に埋め込まれている。これにより、前記構造を頭骨２３の曲線に適合させることができ、図５で示されるように、前記皮膚に接触させることが要求されるできるだけ多くのピンを含ませることを可能とする。前記ゴムパッド内に埋め込まれないピン部分のピン長さは約５ｍｍである。前記ピンはお互いに電気的に接続され、かつ例えば銅の薄金属箔２７の手段により前記電子回路へ接続される配線２５へ接続される。前記全配列構造は、薄金属箔２９でカバーされ、それは前記配線１０の前記活動シールドに接続される。又は導電性ゴムが前記電極のベースとして使用され得る。

図１〜７に示される装置の試験の結果は、前記ドライ電極が：
−眼が開いている場合対眼が閉じている場合のアルファ活動の差及び
−リラックスしている場合と神経質になっている場合の活動の差（アルファ非同期）を測定し得ることを示す。図８、９で、第２の例示的実施態様が、電気的脳活動を測定するための使用者の頭骨上に電極を位置決めするための装置につき記載される。前記第２の例示的実施態様は、前記ヘッドピース上に電極９の配列の独立した配置を想定している。４つの電極配列９の位置決めが図８で示される。図９で、１つの配置３０が拡大されて詳細に示される。通常のヘッドホン装置のヘッドピースの通常のデザインと類似のヘッドバンド形状を持つ剛性（可塑性）ハウジング３が支持体として使用される。前記ハウジング３の内側に、電極のそれぞれの配列９について突出ユニットが設けられ、前記電極を支持する２つの突出要素７からなる。

電極配列を設ける他の方法も可能であり、例えば図８で示される１つを横切る２つの追加の突出要素を用いるか、前記ヘッドピース３で支持される円筒形突出要素を用いる方法である。

フレキシブル電極構造は、例えばゴム又は繊維でできている弾性バンドの手段により前記突出要素に付設される。電極付設のために使用される前記フレキシブル表面は、弾性パッドであって、図１〜３で示されるものと同様に前記フレキシブルドライ電極構造が位置決めされる。この弾性パッドは、前記２つの突出要素７へ接続される前記弾性バンドへ固定される。他の実施態様では図９に示されるように、前記配置は２つの弾性バンドの手段で実施され、それぞれが、前記フレキシブルドライ電極構造を前記突出要素７に接続する。従ってこの場合には、前記フレキシブル表面１０（弾性パッド）は前記２つのバンド３１の間に設けられる。突出要素の他の対が使用される場合には、第２の弾性バンド（対）の配置は、前記第１の対と同様の方法で実施され得る。

円筒状要素を含む実施態様は、前記ドライ電極構造を支持する放射状の弾性バンドを有する。さらに、前記円筒状突出要素の底部に配置される楕円形状の弾性要素が、前記ドライ電極構造を保持するために弾性パッドの代わりに使用され得る。

ここまで本発明は図面及び詳細な説明に基づいて示され記載されてきた。ここでかかる説明、記載は説明及び例示するためだけのものであり、なんらを限定するものではない。本発明は開示された実施態様には限定されない。

この意味で留意すべきことは、電極配列の代わりに、前記弾性バンド上に配置される個々の電極も使用され得る、ということである。

さらに、前記装置は、例えば（アリス）バンド、キャップ、ヘルメット、メガネ等とは異なるものである。前記電極は、ＥＣＧ、ＥＭＧ及びＥＯＧの測定にもまた使用され得る。

開示された実施態様の他の種々の変更・変法などは、当業者により、図面、開示内容及び添付の特許請求の範囲に基づいて、理解され、実施可能なものである。特許請求の範囲において用語「含む」は他の要素又はステップを排除するものではなく、不定詞「ひとつの」は複数を排除するものではない。ある手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用できない、ということを意味するものではない。
特許請求の範囲の符号は、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

この問題に対処すべく、本発明により、電気的脳活動を測定するために使用者の頭骨上に複数のドライ電極を位置決めするための装置が提供され、前記装置は：
−複数のドライ電極；
−使用者の頭部回りの少なくとも一部に置かれるように構成されるユニット；及び
−前記ユニットの内側に少なくとも１つの弾性要素を含む。

前記弾性要素は弾性バンドである。前記ユニットはまた、本装置の構成についてなんら限定することを意味することなく用語「ハウジング」と記載され得る。

前記複数の電極はフレキシブル表面上に設けられる。これにより、個々の電極が異なる方向にフレキシブルに移動可能となる。複数の電極が複数の配列に分けられる場合には、前記電極は前記頭骨の曲線に従うことが可能となり、できるだけ多くの電極と頭骨との必要な接触を可能とする。

前記ハウジングは、ヘッドバンドの形状を持ち、剛性材料である。例えばヘッドホン装置の一部であり得る。

前記位置決め配置はさらに、位置決めストラップを前記弾性バンドの内側に含み、これは複数の前記フレキシブル表面に固定される。前記位置決めストラップは開口部を含む。前記ハウジングが使用者の頭に置かれると、前記弾性バンドが前記電極に圧力を与え、前記電極が前記開口部を通って突出する。その結果、頭骨上の電極の位置が高い信頼性で定められ、ＥＥＧ電極の位置決めの標準として当技術分野で知られているＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ １０／２０ Ｓｙｓｔｅｍで定められる位置にできるだけ近くに位置決めすることができる。前記ハウジングの重量は、前記位置決めストラップの「ストレス」の大部分を定めるが、前記頭骨上の電極の圧力には影響しない。この力は、電極が設けられる前記フレキシブル表面上を通る弾性バンドを分離することでであって心地良いレベルに設定される。

Claims (15)

1. 電気的脳活動を測定するための使用者の頭骨上に複数の電極を位置決めするための装置であり、前記装置が：
   使用者の頭回りに少なくとも部分的に置かれるように構成されるユニット；及び
   前記ユニットの内側に少なくとも１つの弾性要素を含み；
   前記装置がさらに、前記弾性要素及び前記電極を位置決めするように構成される位置決め配置を含み、それにより
   前記ユニットが前記使用者の頭の回りに置かれると、前記弾性要素が少なくとも部分的に前記使用者の頭の曲線に従い、および
   前記使用者の頭の回りに前記ユニットを置くことで生じるその伸長による前記弾性要素内の応力が、前記弾性要素に、前記頭骨の方向へ前記複数の電極の少なくともいくつかの上に圧力をかけ、それにより前記複数の電極が前記頭骨に効果的に接触させる、装置。
2. 請求項１に記載の装置であり、前記装置がさらに前記複数の電極を含む、装置。
3. 請求項２に記載の装置であり、前記複数の電極がフレキシブル表面上に配置される、装置。
4. 請求項２に記載の装置であり、前記複数の電極が、電極のいくつかの配列に分けられる、装置。
5. 請求項３に記載の装置であり、前記ハウジングがヘッドバンドの形状を有し、かつ前記弾性要素が弾性バンドである、装置。
6. 請求項５に記載の装置であり、前記位置決め配置がさらに、前記弾性バンドの内側に位置決めストラップを含み、これが前記複数のフレキシブル表面に固定され、前記位置決めストラップが、前記ユニットが前記使用者の頭の回りに置かれる場合に前記電極が突出して通る、開口部を含む、装置。
7. 請求項６に記載の装置であり、前記ハウジングが、ヘッドホン装置のヘッドピースであり、前記位置決め配置が２つの突出要素を含み、前記ユニットが前記使用者の頭の回りに置かれる場合に前記位置決めストラップの端部を前記使用者の耳介に対して突出させる、装置。
8. 請求項６に記載の装置であり、前記位置決めストラップが複数部分に分けられ、それらが相互に１以上の弾性接続装置に接続される、装置。
9. 請求項３に記載の装置であり、前記位置決め配置がさらに、それぞれのフレキシブル表面について、前記ユニットの内側へ接続される個々の突出装置を含む、装置。
10. 請求項３に記載の装置であり、前記フレキシブル表面の少なくともいくつかがゴムパッドである、装置。
11. 請求項１０に記載の装置であり、前記ゴムが導電性である、装置。
12. 請求項４に記載の装置であり、前記配列の少なくとも１つの電極が、金属箔の手段によりお互いに電気的に接続される、装置。
13. 請求項２に記載の装置であり、前記電極が、前記頭骨と接触するように端部が丸められた金属ピンである、装置。
14. 請求項１３に記載の装置であり、前記電極が金メッキされている、装置。
15. 請求項２に記載の装置であり、前記電極の長さが４ｍｍよりも長く、７ｍｍよりも短い、装置

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