JP2018186934A - 生体信号検出装置、および、脳波測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】脳波の測定に適した信号を検出できる生体信号検出装置、および、こうした信号の検出を利用した脳波測定方法を提供する。【解決手段】生体信号検出装置１０は、耳介の窪みおよび外耳道からなる領域の一部に配置されるように構成された基準電極５１と、耳介の後方にて側頭骨上の皮膚に接するように構成された検出電極５２とを備える。そして、生体信号検出装置１０は、基準電極５１の電位と、検出電極５２の電位とに基づく信号を出力する信号処理部を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、脳波の測定に用いられる生体信号検出装置、および、脳波測定方法に関する。

生理的指標は、生体における生理的な活動を示す情報であり、例えば、心拍数、血圧、脈波、脳波等である。近年、医療現場に限らず、日常においてユーザが自身の生理的指標を測定し、得られた情報をユーザの健康状態の管理等に利用することが行われている。日常での生理的指標の測定のために用いられる装置は、ユーザが身につけて持ち歩くことが可能な装置であって、その装置を装着して過ごすことに対するユーザの負担が小さい装置であることが望ましい。例えば、特許文献１には、ユーザの耳部に取り付けられて血圧等を計測する装置が開示されている。特許文献１の装置は、耳の内側、すなわち、外耳道や耳珠の付近に、生理的指標を測定するためのセンサを配置する構成を有している。

特開２００８−２２９３５５号公報

ところで、生理的指標のうちの脳波は、一般に、脳内の電気活動に起因した電位の変動を計測することによって得られる。脳波の測定方法としては、生体における基準電位の計測のための電極と、頭蓋骨近傍における電位の計測のための電極との２つの電極を利用し、これらの電極の電位差に基づいて脳波を示す波形が導出する方法が一般的である。

特許文献１の装置を用いて脳波を測定しようとすると、耳の内側の近接した領域に上述の２つの電極を配置せざるを得ないため、２つの電極の電位差が微小となり、結果として、脳波としての有意な波形が得られ難い。したがって、脳波の測定に適した情報を生体から信号として検出できる装置、および、その装置によって検出された情報を用いる脳波の測定方法が求められている。
本発明は、脳波の測定に適した信号を検出できる生体信号検出装置、および、こうした信号の検出を利用した脳波測定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する生体信号検出装置は、耳介の窪みおよび外耳道からなる領域の一部に配置されるように構成された基準電極と、耳介の後方にて側頭骨上の皮膚に接するように構成された検出電極と、前記基準電極の電位と、前記検出電極の電位とに基づく信号を出力する信号処理部と、を備える。

上記構成によれば、脳波の測定に用いられる電位を検出するための基準電極と検出電極とが双方とも外耳道の近傍に配置される構成と比較して、これらの電極の電位差が大きくなりやすい。そのため、これらの電極の電位差に基づいて、脳波としての有意な波形、すなわち、解析に適した波形が得られやすい。したがって、上記生体信号検出装置によれば、脳波の測定に適した生体からの信号を検出できる。

上記構成において、耳介の窪みおよび外耳道からなる領域の一部にはめられる内部装着部と、前記内部装着部を支持するボディ部と、前記ボディ部から延びて耳介に引っ掛けられるフック部と、を備え、前記基準電極は、前記内部装着部に備えられ、前記検出電極は、前記フック部に位置していてもよい。

上記構成によれば、生体信号検出装置が、人体の一方の耳部に装着可能に構成されているため、生体信号検出装置を装着していることに対するユーザの負担を軽減できる。

上記構成において、前記検出電極は、前記フック部から突出する複数の電極部を含んでもよい。
上記構成によれば、検出電極がフック部から突出する１つの突起状に構成されている場合と比較して、検出電極が側頭骨上の皮膚に接触しやすい。したがって、検出電極を用いてより的確な電位の検出が可能であり、結果として、脳波の測定により適した信号の検出が可能である。

上記構成において、前記基準電極は、前記内部装着部の側面を構成する環状の部分を含んでもよい。
上記構成によれば、基準電極が内部装着部の側面における周方向の一部に配置されている場合と比較して、基準電極が耳介表面や外耳道内の皮膚に接触しやすい。したがって、基準電極を用いてより的確な電位の検出が可能であり、結果として、脳波の測定により適した信号の検出が可能である。

上記構成において、前記フック部は、可撓性を有してもよい。
上記構成によれば、ユーザは、フック部を変形させながら生体信号検出装置を装着することができるため、耳介の後方に検出電極を配置するように、フック部を耳部に引っ掛けて生体信号検出装置を装着することが容易である。

上記構成において、前記フック部の端部は、前記ボディ部に対して着脱可能に構成されており、前記フック部の端部が前記ボディ部に接続している状態において、前記ボディ部と前記フック部とは１つの環を構成してもよい。

上記構成によれば、生体信号検出装置の使用時には、フック部の端部をボディ部に接続して、ボディ部とフック部とを１つの環状に配置できるため、耳部に対するフック部の位置の安定性が高められる。そして、生体信号検出装置を装着するときには、フック部の端部をボディ部から取り外して装着を行うことができるため、フック部を耳部に引っ掛けて装着することが容易である。
上記構成において、生体信号検出装置は、脈波センサ、加速度センサ、および、音声出力部の少なくとも１つを備えてもよい。

上記構成によれば、脈波センサを備える構成であれば、生体信号検出装置を利用して、ユーザの脈波の検出が可能であり、加速度センサを備える構成であれば、生体信号検出装置を利用して、ユーザの動きや姿勢の検出が可能である。したがって、生体信号検出装置からの信号に基づいて、ユーザの心身の状態に関するより多くの項目についての推定が可能であり、また、１つの項目についてのより正確な推定が可能にもなる。
また、音声出力部を備える構成であれば、基準電極および検出電極を用いた電位の検出を行っている間に、ユーザは音楽等を聞くことができる。

上記課題を解決する脳波測定方法は、耳介の窪みおよび外耳道からなる領域の一部に配置された基準電極の電位と、耳介の後方にて側頭骨上の皮膚に接する検出電極の電位とを検出するステップと、前記基準電極の電位と前記検出電極の電位とに基づいて、脳波を示す波形を得るステップと、を含む。

上記方法によれば、外耳道の近傍に配置された２つの電極の電位に基づいて脳波を測定する方法と比較して、２つの電極、すなわち、基準電極と検出電極との電極の電位差を大きく得やすい。そして、こうした脳波の測定に適した態様で検出された情報の利用によって、脳波としての有意な波形、すなわち、解析に適した波形が得られやすい。

上記方法において、前記脳波を示す波形を得るステップでは、右耳に対応する前記基準電極の電位および前記検出電極の電位と、左耳に対応する前記基準電極の電位および前記検出電極の電位とに基づいて、脳波を示す波形を得てもよい。
上記方法によれば、一方の耳付近から取得した電位に基づいて脳波を測定する方法と比較して、得られた脳波を利用してより多角的な解析が可能となる。そして、こうした脳波の解析によって、ユーザの心身の状態についてより精度の高い推定が可能である。

本発明によれば、脳波の測定に適した信号を検出することができる。

生体信号検出装置の一実施形態について、生体信号検出装置の斜視構造を示す斜視図。 一実施形態の生体信号検出装置の電気的構成を示す図。 一実施形態の生体信号検出装置について、（ａ）は、生体信号検出装置の正面構造を示す図、（ｂ）は、生体信号検出装置の背面構造を示す図。 一実施形態の生体信号検出装置について、（ａ）は、生体信号検出装置の右側面構造を示す図、（ｂ）は、生体信号検出装置の左側面構造を示す図。 一実施形態の生体信号検出装置の底面構造を示す図。 一実施形態の生体信号検出装置について、フック部の端部がボディ部から取り外された状態を示す図。 一実施形態の生体信号検出装置が装着された状態を示す図。 一実施形態の生体信号検出装置が装着された状態における耳の内部での各部の配置を示す図。 一実施形態の生体信号検出装置が装着された状態における内部装着部と耳介の各部との位置関係を示す図。 一実施形態の生体信号検出装置が装着された状態を耳介の後方から見た図。

図１〜図１０を参照して、生体信号検出装置、および、脳波測定方法の一実施形態を説明する。
［生体信号検出装置の概略構成］
図１を参照して、生体信号検出装置の概略構成を説明する。本実施形態の生体信号検出装置は、人体の耳部に取り付けられるように構成されている。

図１が示すように、生体信号検出装置１０は、ボディ部２０と、内部装着部３０と、外部装着部４０とを備えている。内部装着部３０はボディ部２０に支持され、外部装着部４０はボディ部２０から延びてボディ部２０とともに環を構成している。ボディ部２０は、その内部に各種の電子部品を収容している。内部装着部３０は、耳の内側、すなわち、耳介の窪みや外耳道にはめられる部分である。外部装着部４０は、耳介に引っ掛けられて、その一部が、耳の外側、すなわち、耳介の付け根付近で側頭部と接するように配置される部分である。

内部装着部３０は、脳波の測定に用いられる基準電位を検出するための電極である基準電極５１を備えている。外部装着部４０は、脳波の測定に用いられる頭皮電位を検出するための電極である検出電極５２を備えている。

［生体信号検出装置の電気的構成］
図２を参照して、生体信号検出装置１０の電気的構成を説明する。図２が示すように、生体信号検出装置１０は、センシング部５０と、入出力部６０と、通信部７０と、制御部８０と、電力供給部９０とを備えている。

センシング部５０は、生体からの情報や生体信号検出装置１０の状態の変化を電気信号として検出するための構成を有する。センシング部５０は、上述の基準電極５１および検出電極５２と、脈波センサ５３と、加速度センサ５４とを備えている。

基準電極５１および検出電極５２は、各電極が接触している生体の部位の電位に応じた電位を示す。脈波センサ５３は、心臓の拍動に伴う血管の容積変化に応じた信号を出力する。脈波センサ５３は、内部装着部３０に含まれる。加速度センサ５４は、３軸加速度センサであって、生体信号検出装置１０の動きや姿勢に応じた信号を出力する。加速度センサ５４は、ボディ部２０に含まれることが好ましい。

入出力部６０は、制御部８０との間での信号の授受を通じて、外部からの生体信号検出装置１０への情報の入力を受け付け、また、生体信号検出装置１０の外部へ情報を提供する。入出力部６０は、操作部６１と、音声出力部６２と、表示部６３とを備えている。

操作部６１は、ユーザの操作部６１に対する操作を信号に変換して制御部８０に出力する。操作部６１は、例えば、生体信号検出装置１０の電源のオンオフのためのスイッチを含む。また、操作部６１は、生体信号検出装置１０の各部の機能を調整するための領域、例えば、音声出力部６２から発せられる音声の大きさを調整するための領域等を含んでいてもよい。操作部６１はボディ部２０に含まれることが好ましい。

音声出力部６２は、発音体およびその駆動回路を含み、制御部８０からの信号に基づいて、音声を出力する。音声出力部６２は、例えば、イヤホンを含み、主として内部装着部３０に含まれる。音声出力部６２を構成する回路等の一部は、ボディ部２０に含まれてもよい。

表示部６３は、制御部８０からの信号に基づいて、各種の情報を外部に対して示す。表示部６３は、例えば、ＬＥＤ等の光源およびその駆動回路を含み、光源の点灯によって生体信号検出装置１０の駆動状態を外部に通知する。また、表示部６３は、情報を文字等によって表示する表示パネルを含んでいてもよい。表示部６３はボディ部２０に含まれることが好ましい。

通信部７０は、生体信号検出装置１０と外部装置との接続処理を実行し、これらの装置の間でデータの送信および受信を行う。生体信号検出装置１０と外部装置との通信には、近距離での無線通信が用いられることが好ましく、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）が利用される。通信部７０は、ボディ部２０に含まれることが好ましい。

制御部８０は、ＣＰＵや、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリを含む構成を有する。制御部８０は、制御部８０に格納されたプログラムやデータに基づいて、通信部７０による通信の制御、制御部８０とセンシング部５０や入出力部６０との間での信号の授受、各種の演算処理等、生体信号検出装置１０が備える各部の制御を行う。制御部８０は、ボディ部２０に含まれることが好ましい。

具体的には、制御部８０は、信号出力部として機能し、基準電極５１から基準電極５１の電位を取得するとともに、検出電極５２から検出電極５２の電位を取得し、これらの電位に基づく信号である電位検出信号を出力する。電位検出信号は、通信部７０を介して外部装置に送信される。電位検出信号は、基準電極５１および検出電極５２の各々の電位を示す信号であってもよいし、こうした信号に対して制御部８０が処理を加えた信号、例えば、基準電極５１と検出電極５２との電位差を示す信号や、こうした電位差を示す信号に対してノイズの除去が行われた信号であってもよい。除去対象のノイズには、例えば、筋電や音声出力部６２からの音声の出力に伴う振動等に起因したノイズが含まれる。要は、電位検出信号は、脳波の解析に利用可能な信号であればよい。なお、制御部８０の構成を簡易にするためには、基準電極５１および検出電極５２の電位を示す信号に対して制御部８０が行う処理は少ないほど好ましく、ノイズの除去等は外部装置にて行われることが好ましい。

また、制御部８０は、脈波センサ５３から入力された信号に基づく信号である脈波検出信号、および、加速度センサ５４から入力された信号に基づく信号である加速度検出信号を出力する。これらの信号は通信部７０を介して外部装置に送信される。脈波検出信号は、脈波センサ５３が出力した信号、もしくは、こうした信号に対して制御部８０が処理を加えた信号であり、脈波の解析に利用可能な信号であればよい。加速度検出信号は、加速度センサ５４が出力した信号、もしくは、こうした信号に対して制御部８０が処理を加えた信号であり、生体信号検出装置１０の動きや姿勢の解析に利用可能な信号であればよい。

制御部８０は、基準電極５１および検出電極５２と、脈波センサ５３と、加速度センサ５４とから同等のタイミングで取得した信号に基づいて、電位検出信号、脈波検出信号、および、加速度検出信号の各々を生成し、生成した各信号を同等のタイミングで外部装置に送ることができる。すなわち、生体信号検出装置１０を用いて、脳波と脈波と加速度とをほぼ同時に測定することができる。

また、制御部８０は、外部装置から、通信部７０を介して音声データを取得し、音声出力部６２に音声データに基づく音声を出力させる。なお、制御部８０の記憶領域が、生体信号検出装置１０の操作の案内等の音声データを記憶しており、制御部８０は、この記憶領域が記憶している音声データに基づく音声を、音声出力部６２に出力させてもよい。

電力供給部９０は、生体信号検出装置１０が備える各部に電力を供給する。電力供給部９０は、例えば、一次電池や二次電池を含んで、電池からの電力を各部に供給する。電力供給部９０は、ボディ部２０に含まれることが好ましい。
生体信号検出装置１０は、外部装置の一例として、解析装置１００と通信を行う。解析装置１００は、例えば、スマートフォンやタブレット端末である。

解析装置１００の制御部は、解析装置１００の通信部が生体信号検出装置１０から受信した電位検出信号を用いて、脳波の解析を行う。すなわち、解析装置１００の制御部は、電位検出信号に対して、増幅やノイズの除去等の処理を行うことにより、脳波の波形を示すデータを得て、波形の解析を行う。そして、解析装置１００は、その解析に基づき、ユーザの心身の状態の推定結果を解析装置１００の表示部に表示する。波形の解析は、任意のアルゴリズムに従って行われればよい。例えば、脳波の解析に基づき、ユーザにおける集中やストレスやリラックスや眠気等の程度の推定が可能である。

また、解析装置１００の制御部は、解析装置１００の通信部が生体信号検出装置１０から受信した脈波検出信号や加速度検出信号を用いて、解析を行う。すなわち、解析装置１００の制御部は、脈波検出信号から脈波を示すデータを得て、その波形の解析を行い、また、加速度検出信号から生体信号検出装置１０の動きや姿勢を検出し、その解析を行う。そして、解析装置１００は、それらの解析に基づき、ユーザの心身の状態の推定結果を解析装置１００の表示部に表示する。脈波検出信号に基づく脈波の解析や、加速度検出信号に基づく加速度の解析は、任意のアルゴリズムに従って行われればよい。

例えば、脈波の解析に基づき、自律神経のバランスが判定可能であり、これに基づき、ユーザにおけるストレスやリラックスの程度の推定が可能である。また、脈波の解析に基づき、ユーザの心拍数や心拍数に基づく興奮や鎮静の程度、運動量等の推定も可能である。また、生体信号検出装置１０の動きや姿勢の解析に基づき、ユーザの移動速度や姿勢や運動量、首の動き等の運動状況の推定が可能である。

なお、解析装置１００の制御部は、電位検出信号と脈波検出信号と加速度検出信号とに基づく解析結果を統合して、ユーザの心身の状態を推定し、その推定結果を、解析装置１００の表示部に表示してもよい。

また、解析装置１００の制御部は、解析装置１００の記憶部が記憶している音楽等のデータのなかで、ユーザが選択したデータを、音声データとして、通信部を介して生体信号検出装置１０に送信する。これにより、生体信号検出装置１０では、音声データに基づく音楽等が再生される。

解析装置１００の制御部を上述のように機能させるプログラムやデータは、例えば、アプリケーションソフトウェアとして解析装置１００にインストールされ、解析装置１００の記憶部に格納されている。

なお、解析装置１００は、パーソナルコンピュータやサーバであってもよく、通信部７０は、解析装置１００とのデータの授受に適した通信規格に対応する通信が可能に構成されていればよい。また、外部装置は、生体信号検出装置１０から受信した電位検出信号等の信号を、サーバ等の装置に送信し、こうしたサーバ等の装置において、電位検出信号等の信号を用いた解析が行われてもよい。

［生体信号検出装置の詳細構成］
図３〜図６を参照して、生体信号検出装置１０の詳細構成を説明する。以下の説明において、第１方向Ｄｘと第２方向Ｄｙと第３方向Ｄｚとは、互いに直交する方向であって、３次元空間を規定する方向である。

図３（ａ）および（ｂ）が示すように、ボディ部２０を構成する筐体部２１は、第１方向Ｄｘに沿って延びる筒状を有し、その内部に、上述の制御部８０等を構成する電子部品を収容している。筐体部２１の形状は特に限定されないが、生体信号検出装置１０を装着したときのユーザの快適性および意匠性の向上のためには、筐体部２１の側面は曲面であることが好ましく、筐体部２１は、例えば、略楕円筒状を有する。筐体部２１の第１方向Ｄｘと直交する断面における長軸方向が第２方向Ｄｙであり、上記断面における短軸方向が第３方向Ｄｚであり、ボディ部２０と内部装着部３０とは、第３方向Ｄｚに沿って並んでいる。

ボディ部２０における第１方向Ｄｘに沿った両端部、すなわち、筐体部２１における第１方向Ｄｘに沿った両端部のうち、一方の端部が第１端Ｅ１であり、他方の端部が第２端Ｅ２である。筐体部２１の第１端Ｅ１は閉塞されており、筐体部２１は、第１端Ｅ１において、第２方向Ｄｙの一方側に突出した突出部２２を備えている。

外部装着部４０は、突出部２２と第２端Ｅ２とを繋ぐフック部４１と、上述の検出電極５２とを備えている。フック部４１の一方の端部は、突出部２２に接続されており、フック部４１は、第３方向Ｄｚに沿った方向から見て、突出部２２から、突出部２２の突出する方向に沿って延びた後、突出部２２の突出する方向とは反対方向に折り返し、筐体部２１の外周を通って第２端Ｅ２まで延びている。そして、フック部４１の他方の端部は、第２端Ｅ２を覆う底蓋部４２を構成している。フック部４１は、第２方向Ｄｙにおいて第２端Ｅ２に対し突出部２２の位置する側とは反対側から、第２端Ｅ２に達している。このように、ボディ部２０とフック部４１とは１つの環を構成している。

検出電極５２は、３つの電極部５２ａから構成されている。３つの電極部５２ａは、フック部４１から盛り上がっており、フック部４１の延びる方向に沿って隙間をあけて並んでいる。各電極部５２ａは、略楕円柱状にフック部４１から突き出していることが好ましい。第３方向Ｄｚに沿った方向から見て、３つの電極部５２ａは、フック部４１のなかで、筐体部２１の第１端Ｅ１の外周に位置する部分に配置されている。

３つの電極部５２ａは、フック部４１の内部にて繋がっており、１つの検出電極５２を構成している。フック部４１の内部には、検出電極５２から筐体部２１内へ延びる配線の通る空間が形成されている。

フック部４１は、可撓性を有しており、人の手によって加えられる荷重に対して弾性変形が可能に構成されている。突出部２２と底蓋部４２との間の部分において、フック部４１の延びる方向と直交する断面形状は、例えば、略円形であり、フック部４１の径は、検出電極５２の位置する部分で他の部分よりも大きくなっている。

内部装着部３０は、筐体部２１から第３方向Ｄｚに沿って突き出している。内部装着部３０は、電極支持部３１と、耳内挿入部３２と、上述の基準電極５１および脈波センサ５３を備えている。また、耳内挿入部３２は、イヤホンとして音声出力部６２を構成する。第３方向Ｄｚに沿った方向から見て、内部装着部３０は、筐体部２１における第１方向Ｄｘの中央部よりも第１端Ｅ１に近い位置に配置されている。

電極支持部３１は柱状を有し、電極支持部３１の側面に沿って基準電極５１が位置する。すなわち、基準電極５１は環状であり、全体として第３方向Ｄｚに沿って延びる筒状を有している。電極支持部３１のなかで、第３方向Ｄｚに沿った方向と交差する頂面ＳＡに脈波センサ５３が位置している。

電極支持部３１は、頂面ＳＡと対向する方向から見て、矩形の角部が曲率を有するように丸められた形状を有する。頂面ＳＡと対向する方向から見て、電極支持部３１の角部のうち、第１方向Ｄｘにおいて第２端Ｅ２に近い側、かつ、第２方向Ｄｙにおいて突出部２２に近い側に位置する角部Ｇの曲率半径は、他の角部の曲率半径よりも小さい。すなわち、基準電極５１の屈曲部分の曲率半径は、角部Ｇに位置する部分で最も小さい。

耳内挿入部３２は、電極支持部３１における頂面ＳＡから突き出した軸部３３と、軸部３３の先端に位置するステムに取り付けられたイヤーピース３４とを備えている。軸部３３は、第３方向Ｄｚに対して傾斜した方向に突き出ている。軸部３３の内部には、発音体等の音声出力部６２を構成する部品が配置されている。イヤーピース３４はシリコン等から形成されており、耳内挿入部３２が外耳道に挿入されたときに外耳道の内壁と密着することにより音声出力部６２の発する音の鼓膜への伝達性を高める機能を有している。

第３方向Ｄｚに沿った方向から見て、電極支持部３１は、筐体部２１の第２方向Ｄｙの中心よりも、第２方向Ｄｙにおいて突出部２２と反対側に偏倚した位置に配置されており、耳内挿入部３２の基部は、筐体部２１の第２方向Ｄｙのほぼ中心に位置する。すなわち、耳内挿入部３２の基部は、電極支持部３１の第２方向Ｄｙの中心よりも、第２方向Ｄｙにおいて突出部２２側に偏倚している。

また、筐体部２１の周面には、操作部６１および表示部６３が設けられている。操作部６１および表示部６３の位置は特に限定されず、図３に示す例では、操作部６１は、底蓋部４２の付近に位置し、表示部６３は、筐体部２１のなかで内部装着部３０が位置する面と反対側の面に位置している。

図４（ａ）および（ｂ）が示すように、フック部４１は、第２方向Ｄｙに沿った方向から見て、突出部２２から、第１方向Ｄｘおよび第３方向Ｄｚの各々に傾斜した方向に向けて、内部装着部３０の上方の領域に延び、その後、第２端Ｅ２に向けて折り返し、第２端Ｅ２まで延びている。

第２方向Ｄｙに沿った方向から見て、フック部４１のなかで底蓋部４２から延びる部分が、第１方向Ｄｘに対してなす角度θは、２５°以上４０°以下であることが好ましい。角度θは、換言すれば、第２方向Ｄｙに沿った方向から見た場合に、フック部４１における曲線状の部分の両端部のうち、第２端Ｅ２に近い端部からフック部４１が延びる方向と、ボディ部２０の第２端Ｅ２から第１端Ｅ１へ向かう方向とのなす角度である。

また、フック部４１のなかで、ボディ部２０を囲む領域内において最も外側に位置する部分、すなわち、第１方向Ｄｘから見た場合に第３方向Ｄｚにおいて最もボディ部２０から離れている部分と、ボディ部２０を構成する筐体部２１との間の最短距離ｄｍは、３ｍｍ以上２５ｍｍ以下であることが好ましい。

検出電極５２を構成する電極部５２ａは、フック部４１から、第１方向Ｄｘおよび第３方向Ｄｚの各々に傾斜した方向であって、内部装着部３０の突出する方向と第１端Ｅ１から第２端Ｅ２に向かう方向との間の方向に向けて、突き出している。なお、電極部５２ａは、フック部４１から、第３方向Ｄｚに沿った方向に突き出していてもよい。

内部装着部３０に含まれる基台部３５は、筐体部２１から第３方向Ｄｚに沿った方向に突き出しており、基台部３５の第３方向Ｄｚの端部に電極支持部３１が接続されている。電極支持部３１の径は、基台部３５の径よりも大きい。

第２方向Ｄｙに沿った方向から見て、電極支持部３１の側面における第３方向Ｄｚに沿った幅ｗａ１は、第２端Ｅ２から第１端Ｅ１に向かう方向に徐々に大きくなっている。そして、第２方向Ｄｙに沿った方向から見て、基準電極５１の第３方向Ｄｚに沿った幅ｗｂ１も、第２端Ｅ２から第１端Ｅ１に向かう方向に徐々に大きくなっている。

図５が示すように、第１方向Ｄｘに沿った方向から見て、電極支持部３１の側面における第３方向Ｄｚに沿った幅ｗａ２は、第２方向Ｄｙに沿った方向であって、筐体部２１の端部のうち、突出部２２の位置する端部からこの端部の反対側の端部に向かう方向に、徐々に大きくなっている。そして、第１方向Ｄｘに沿った方向から見て、基準電極５１の第３方向Ｄｚに沿った幅ｗｂ２も、電極支持部３１の幅ｗａ２の拡大する方向と同じ方向に、徐々に大きくなっている。

すなわち、電極支持部３１および基準電極５１の軸方向の幅は、電極支持部３１の角部Ｇから頂面ＳＡにて角部Ｇの対角線上に位置する角部に向けて周方向に沿って徐々に大きくなっている。
また、耳内挿入部３２の軸部３３は、第１方向Ｄｘに沿った方向から見て、第２方向Ｄｙおよび第３方向Ｄｚの各々に傾斜した方向に延びている。

図６が示すように、フック部４１の端部は、ボディ部２０に対する着脱が可能に構成されており、具体的には、底蓋部４２は、筐体部２１の第２端Ｅ２に対する着脱が可能に構成されている。例えば、筐体部２１の第２端Ｅ２には、金属製の底板２３がはめ込まれており、また、底蓋部４２には、磁石が埋め込まれており、底蓋部４２は、筐体部２１の第２端Ｅ２に磁力によって固定される。この場合、磁力に反する力を加えるように、筐体部２１から底蓋部４２を引き離すことによって、筐体部２１から底蓋部４２を取り外すことができる。なお、底蓋部４２は、筐体部２１の第２端Ｅ２に対して、磁力とは異なる手段、例えば、嵌合によって取り外し可能に固定されていてもよい。

［生体信号検出装置の作用］
図７〜図１０を参照して、生体信号検出装置１０の人体への装着の態様とともにその作用について説明する。
図７が示すように、生体信号検出装置１０は、耳内挿入部３２が、耳の孔、すなわち、外耳道に挿入され、フック部４１が耳介Ｐｉに引っ掛けられるように、耳部に装着される。このとき、ボディ部２０は、耳介Ｐｉに対して手前側に配置され、第１方向Ｄｘは鉛直方向に対して傾いた方向となる。

フック部４１における突出部２２と底蓋部４２との間の部分のうち、突出部２２と接続する端部は、ボディ部２０に対して鉛直方向の上側に位置し、底蓋部４２と接続する端部は、ボディ部２０に対して鉛直方向の下側に位置する。フック部４１は、突出部２２と接続する端部が位置する耳介Ｐｉの手前側から、耳介Ｐｉ上部における頭部との付け根付近を通って、耳介Ｐｉの後ろ側に回り込み、耳介Ｐｉの下方から再び耳介Ｐｉの手前側に出て、第２端Ｅ２と接続している。

生体信号検出装置１０の装着に際しては、ユーザは、筐体部２１から底蓋部４２を取り外した状態で、耳内挿入部３２を外耳道に挿入するとともに、耳介Ｐｉの後ろ側にフック部４１を通した後、底蓋部４２を筐体部２１に固定する。このように、筐体部２１に対する底蓋部４２の着脱が可能であること、また、フック部４１が可撓性を有していて変形させながらフック部４１を装着することが可能であることから、生体信号検出装置１０の装着が容易である。

図８が示すように、生体信号検出装置１０が人体に装着された状態において、耳内挿入部３２が外耳道Ｅｃ内に位置する。そして、電極支持部３１および基準電極５１は、外耳道Ｅｃの入口付近の耳介Ｐｉの窪みに位置する。詳細には、図９に、内部装着部３０のみと耳介Ｐｉとの位置関係を示すように、電極支持部３１および基準電極５１は、耳珠Ｔｒと対珠Ａｎと耳甲介Ｃｏとで囲まれる空間に位置し、基準電極５１は耳介Ｐｉ表面の皮膚に接している。

基準電極５１が環状であることにより、基準電極５１が耳介Ｐｉ表面の皮膚に接触しやすい。また、電極支持部３１および基準電極５１の屈曲部分での曲率半径が角部Ｇ、すなわち、耳珠Ｔｒ付近の窪みに配置される部分にて最も小さいこと、さらに、電極支持部３１および基準電極５１の軸方向の幅が、角部Ｇから周方向に沿って大きくなっていることにより、耳介Ｐｉの窪み内での電極支持部３１の位置が安定しやすく、これによっても、基準電極５１が耳介Ｐｉ表面の皮膚に接触しやすい。角部Ｇは、耳介Ｐｉの頭部との付け根側に配置される角部であり、電極支持部３１および基準電極５１の軸方向の幅は、この角部Ｇから、耳介Ｐｉの耳輪Ｈｅ側に配置される角部に向けて大きくなっている。

図１０が示すように、検出電極５２は、耳介Ｐｉの後方において、耳介Ｐｉの付け根に沿った位置で、側頭部に接している。すなわち、検出電極５２は、乳様突起の上方の部分で側頭骨上の皮膚に接している。フック部４１のなかで、検出電極５２の位置する部分は、耳介Ｐｉの付け根に沿って配置される。ここで、側頭骨上の皮膚の表面は曲面であり、その曲面形状はユーザごとに異なる。本実施形態では、検出電極５２がフック部４１上にて３つの電極部５２ａに分かれていることにより、これらの電極部５２ａがひとつに繋がった突条状に検出電極５２が構成されている形態と比較して、電極部５２ａ間のフック部４１の撓り等により、ユーザごとの上記曲面形状の違いにも対応して検出電極５２が側頭骨上の皮膚に接触しやすい。

生体信号検出装置１０の使用に際しては、生体信号検出装置１０を装着したユーザによる操作部６１の操作に基づき、電位検出信号の生成および解析が、生体信号検出装置１０と解析装置１００とによって開始される。具体的には、基準電極５１の電位、すなわち、基準電位と、検出電極５２の電位、すなわち、頭皮電位とに基づいて制御部８０にて電位検出信号が生成され、解析装置１００に送信される。解析装置１００での電位検出信号を用いた解析によって、基準電位と頭皮電位との差に基づいて脳波を示す波形が導出され、この派形からユーザの心身の状態が分析される。
また、脈波検出信号の生成および解析と、加速度検出信号の生成および解析も、生体信号検出装置１０と解析装置１００とによって行われる。

本実施形態の生体信号検出装置１０においては、脳波を得るための基準電位が、耳介の窪み内にて計測され、脳波を得るための頭皮電位が、側頭骨上にて計測される。したがって、脳波の測定のための２箇所の電位が双方とも外耳道の近傍にて計測される場合と比較して、基準電位と頭皮電位との電位差が大きくなりやすく、こうした基準電位と頭皮電位とを用いて脳波を得る脳波測定方法によれば、脳波としての有意な波形、すなわち、解析に適した波形が得られやすい。

また、基準電極５１の配置された内部装着部３０が耳介の窪みおよび外耳道にはめられるため、例えば、基準電極５１をフック部４１の端部に設けて、耳たぶ等から基準電位を得る構成と比較して、耳部に対する基準電極５１の位置の安定性が高められる。したがって、基準電極５１を用いた電位の検出がより的確に行われる。

さらに、基準電極５１は、外耳道の入口付近の耳介の窪みに配置され、外耳道には音声出力部６２が挿入される。例えば、基準電極５１が音声出力部６２とともに外耳道に挿入される構成であると、基準電極５１によって検出される電位が、音声出力部６２による音声の出力に伴う振動の影響を受けやすくなる。また、基準電極５１のみが外耳道に挿入される構成であると、基準電極５１およびその支持部によって外耳道が詰まった状態となって音が聞こえにくくなる。これに対し、本実施形態の構成であれば、ユーザが音声出力部６２による音声を聞くことが可能な構成でありながら、音声出力に伴う振動が、脳波の測定のための電位の検出結果に与える影響を小さく抑えられる。

また、本実施形態の生体信号検出装置１０は、耳部に装着されるため、ヘッドバンド状やヘッドフォン状の装置のように額や頭頂部上に装着する必要のある装置と比較して、生体信号検出装置１０を装着していることに対するユーザの負担を軽減できる。したがって、生体信号検出装置１０の装着に対してユーザの感じる違和感等が脳波に反映されることが抑えられ、より自然に近い状態での生理的指標の測定が可能である。それゆえ、日常での、かつ、長時間の生理的指標の測定に適した装置が実現される。また、一般に、ユーザは、音楽再生装置のイヤホンを耳部に装着することには慣れている場合が多い。本実施形態の生体信号検出装置１０は、音楽再生装置のイヤホンと同様の形状を有する耳内挿入部３２を用いて耳部に装着されるため、生体信号検出装置１０の装着に対するユーザの負担をより軽減できる。

なお、図１〜図１０においては、人体の右耳に装着されるように構成された生体信号検出装置１０を例示したが、生体信号検出装置１０は人体の左耳に装着されてもよい。左耳に装着される場合、図１〜図１０に例示した装置と第１方向Ｄｘと第２方向Ｄｙによって規定される平面に対して対称な形状となるように、生体信号検出装置１０が構成されればよい。

以上説明したように、生体信号検出装置、および、脳波測定方法によれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
（１）生体信号検出装置１０は、耳介の窪みに配置されるように構成された基準電極５１と、耳介の後方にて側頭骨上の皮膚に接するように構成された検出電極５２とを備え、制御部８０は、基準電極５１の電位と、検出電極５２の電位とに基づく信号を出力する。したがって、脳波の測定に用いられる電位を検出するための２つの電極が双方とも外耳道の近傍に配置される場合と比較して、２つの電極の電位差が大きくなりやすく、こうした電位差に基づいて、脳波としての有意な波形、すなわち、解析に適した波形が得られやすい。すなわち、生体信号検出装置１０によれば、脳波の測定により適した信号が検出できる。

また、基準電極５１の電位と検出電極５２の電位との検出が生体信号検出装置１０にて行われ、基準電極５１の電位と検出電極５２の電位とに基づいて脳波を示す波形を得ることが解析装置１００にて行われる脳波測定方法によれば、脳波の測定に適した信号の検出に基づき、解析に適した脳波としてのより有意な波形が得られる。

（２）生体信号検出装置１０が、耳介の窪み内にて耳介表面の皮膚と基準電極５１とが接する状態、および、耳介の後方にて側頭骨上の皮膚と検出電極５２とが接する状態を、耳部への装着を通じて保持可能とする保持構造を備える構成であれば、装置を携帯して脳波を測定することに適した生体信号検出装置１０が実現される。特に、耳介の窪み内の皮膚と基準電極５１とが接する状態を保持する部材と、側頭骨上の皮膚と検出電極５２とが接する状態を保持する部材とが一体の装置を構成している形態であれば、生体信号検出装置１０の携帯性がより高められる。

具体的には、生体信号検出装置１０は、保持構造として内部装着部３０と外部装着部４０とを備え、基準電極５１を備える内部装着部３０が耳介の窪みにはめられ、検出電極５２を備える外部装着部４０のフック部４１が耳介に引っ掛けられるように構成されている。そして、内部装着部３０と外部装着部４０とがボディ部２０に接続されてひとまとまりの装置を構成している。このように、生体信号検出装置１０が人体の一方の耳部に装着可能に構成されているため、生体信号検出装置１０を装着していることに対するユーザの負担を軽減できる。

（３）検出電極５２が、フック部４１から突出する複数の電極部５２ａを含むため、検出電極５２がフック部４１から突出する１つの突起状に構成されている場合と比較して、検出電極５２が側頭骨上の皮膚に接触しやすい。したがって、検出電極５２を用いた電位の検出がより的確に行われる。特に、電極部５２ａの数が３つであることから、こうした効果が高められる。

（４）基準電極５１が、内部装着部３０の側面を構成する環状を有するため、基準電極５１が耳介表面の皮膚に接触しやすい。したがって、基準電極５１を用いた電位の検出がより的確に行われる。

また、基準電極５１における環状の部分において、その屈曲部分での曲率半径が角部Ｇ、すなわち、耳介の付け根側に配置される部分にて最も小さいことによっても、基準電極５１が耳介表面の皮膚に接触しやすい。また、上記環状の部分での軸方向の幅が、耳介の付け根側に配置される部分から、耳介の耳輪側に配置される部分に向けて大きくなることによっても、基準電極５１が耳介表面の皮膚に接触しやすい。
（５）フック部４１が可撓性を有するため、耳介の後方に検出電極５２を配置するように、フック部４１を耳部に引っ掛けて装着することが容易である。

（６）生体信号検出装置１０が装着された状態において、ボディ部２０とフック部４１とが１つの環を構成するため、耳部に対するフック部４１の位置の安定性が高められる。そして、フック部４１の端部がボディ部２０に対して着脱可能に構成されているため、フック部４１を耳部に引っ掛けて装着することが容易である。

（７）生体信号検出装置１０が、脈波センサ５３を備えているため、生体信号検出装置１０を利用して、脈波の検出が可能である。したがって、脳波と脈波との複数の生理的指標の測定が可能であるため、生体信号検出装置１０からの信号を受けた解析装置１００では、ユーザの心身の状態に関するより多くの項目についての推定が可能であり、また、脳波と脈波との解析結果を統合することによって、１つの項目についてのより正確な推定が可能にもなる。

特に、脈波センサ５３が、基準電極５１をその側面にて支持する電極支持部３１の頂面ＳＡに配置されているため、脈波センサ５３が耳介に接しやすくなる。したがって、脈波のより的確な検出が可能である。

また、生体信号検出装置１０が、加速度センサ５４を備えているため、生体信号検出装置１０を利用して、生体信号検出装置１０の動きや姿勢、すなわち、生体信号検出装置１０を装着しているユーザの動きや姿勢の検出が可能である。したがって、生体信号検出装置１０からの信号を受けた解析装置１００では、ユーザの心身の状態に関するより多くの項目についての推定が可能であり、また、脳波と加速度との解析結果を統合することによって、１つの項目についてのより正確な推定が可能にもなる。

そして、生体信号検出装置１０が、脈波センサ５３と加速度センサ５４とを備えていることにより、脳波、脈波、および、加速度の解析によって、ユーザの心身の状態に関するより多くの項目についての推定、また、より正確な推定が可能である。

（８）生体信号検出装置１０が、音声出力部６２を備えているため、音楽等を聞きながら、基準電極５１および検出電極５２を用いた信号の検出を行うことができる。したがって、音楽再生装置を利用しているかのように、生体信号検出装置１０を利用することができるため、生体信号検出装置１０の装着に対するユーザの違和感をより低減できる。そして、音声出力部６２のうち耳内に挿入される部分である耳内挿入部３２が、基準電極５１を支持する電極支持部３１の頂面ＳＡから突出しているため、装置の拡大を抑えつつ音声出力部６２と基準電極５１とがその機能に応じた適切な位置に配置された構成が実現される。

［変形例］
上記実施形態は、以下のように変更して実施することが可能である。
・基準電極５１は、外耳道に挿入されて、外耳道内の皮膚と接するように配置されてもよい。すなわち、基準電極５１は、耳介の窪みおよび外耳道からなる領域の一部に配置されればよく、内部装着部３０も、基準電極５１の配置に応じて、耳介の窪みおよび外耳道からなる領域の一部に配置されればよい。また、基準電極５１は、内部装着部３０の側面を構成する環状の部分を有していれば、電極支持部３１の側面だけでなく頂面ＳＡも含めた全体を覆う形状を有していてもよい。さらに、耳介の窪みおよび外耳道からなる領域の一部に配置されるように構成されていれば、基準電極５１は環状の部分を有していなくてもよい。

・検出電極５２は、耳介の後方にて側頭骨上の皮膚に接するように構成されていればよく、検出電極５２が配置される位置は、耳介の付け根に沿った位置とは異なる位置であってもよいし、乳様突起の上方とは異なる位置であってもよい。また、耳介の後方にて側頭骨上の皮膚に接するように構成されていれば、検出電極５２は３つの電極部５２ａから構成されていなくてもよく、検出電極５２は、フック部４１から突出する１つの突起状であってもよいし、平板状であってもよい。

・耳介の窪みおよび外耳道からなる領域の一部に配置されるように構成された基準電極５１と、耳介の後方にて側頭骨上の皮膚に接するように構成された検出電極５２とを備える構成であれば、各電極を支持する部材の構成や装置全体の形状は、上記実施形態とは異なっていてもよい。

例えば、フック部４１は可撓性を有していなくてもよいし、フック部４１の端部はボディ部２０に対して着脱可能ではなく、すなわち、フック部４１の端部がボディ部２０に常に固定されているか、もしくは、フック部４１の端部とボディ部２０とが常に分離されていてもよい。また、ボディ部２０と内部装着部３０との位置関係や、ボディ部２０と外部装着部４０との位置関係は、上記実施形態と異なっていてもよい。さらに、上記実施形態においては、基準電極５１を備える内部装着部３０と検出電極５２を備える外部装着部４０との双方がボディ部２０に接続されており、これらは一体の装置を構成しているが、基準電極５１を支持する部分と検出電極５２を支持する部分とは分離していてもよい。

・生体信号検出装置１０は、脳波の測定のための基準電極５１および検出電極５２を備えていれば、脈波センサ５３および加速度センサ５４の少なくとも一方を備えていなくてもよい。また、生体信号検出装置１０は、脈波とは異なる生理的指標を測定するためのセンサや、生体信号検出装置１０の周囲の温度等の環境の変化を検出するためのセンサを備えていてもよい。

また、加速度センサ５４は、ユーザに携帯される解析装置１００に備えられていて、加速度センサ５４からの信号は解析装置１００の制御部に入力されてもよい。こうした構成によっても、解析装置１００の制御部では、加速度センサ５４からの信号に基づいて、ユーザの動きや姿勢の検出およびその解析が可能である。

・上記実施形態では、音声出力部６２は、耳内挿入部３２として、カナル型のイヤホン状に構成されたが、これに限らず、音声出力部６２は、音声の出力が可能に構成されていればよい。また、生体信号検出装置１０は、音声出力部６２を備えていなくてもよい。

・上記実施形態では、一方の耳部に装着された生体信号検出装置１０からの信号に基づいて、解析装置１００にて脳波の解析およびユーザの心身の状態の推定が行われた。これに代えて、左右の両方の耳部の各々に装着された２つの生体信号検出装置１０からの信号に基づいて、解析装置１００にて脳波が導出され、その解析およびユーザの心身の状態の推定が行われてもよい。すなわち、右耳に対応する基準電極５１の電位および検出電極５２の電位に基づく電位検出信号が、右耳に装着された生体信号検出装置１０から解析装置１００に送信され、左耳に対応する基準電極５１の電位および検出電極５２の電位に基づく電位検出信号が左耳に装着された生体信号検出装置１０から解析装置１００に送信される。そして、解析装置１００の制御部は、右耳の電位検出信号と、左耳の電位検出信号とを用いて、脳波を示す波形を得る。こうした脳波測定方法によれば、得られた脳波を利用してより多角的な解析が可能となる。そして、こうした脳波の解析によって、ユーザの心身の状態についてより精度の高い推定が可能である。

・解析装置１００を含む外部装置と生体信号検出装置１０とは、有線で接続されて通信を行ってもよいし、こうした場合には、生体信号検出装置１０は、外部装置から電力の供給を受けてもよい。また、外部装置に依らず、生体信号検出装置１０の制御部にて、脳波の解析が行われてもよい。

・生体信号検出装置１０が利用される目的は特に限定されず、生体信号検出装置１０は医療用や調査用に用いられてもよいし、日常での健康管理用や、娯楽用や、作業者等の心身の状態の管理用に用いられてもよい。

１０…生体信号検出装置、２０…ボディ部、２１…筐体部、２２…突出部、３０…内部装着部、３１…電極支持部、３２…耳内挿入部、４０…外部装着部、４１…フック部、４２…底蓋部、５１…基準電極、５２…検出電極、５３…脈波センサ、５４…加速度センサ、６１…操作部、６２…音声出力部、６３…表示部、７０…通信部、８０…制御部、９０…電力供給部、１００…解析装置、Ｅ１…第１端、Ｅ２…第２端、Ｄｘ…第１方向、Ｄｙ…第２方向、Ｄｚ…第３方向、Ｐｉ…耳介。

Claims (9)

1. 耳介の窪みおよび外耳道からなる領域の一部に配置されるように構成された基準電極と、
   耳介の後方にて側頭骨上の皮膚に接するように構成された検出電極と、
   前記基準電極の電位と、前記検出電極の電位とに基づく信号を出力する信号処理部と、
   を備える生体信号検出装置。
2. 耳介の窪みおよび外耳道からなる領域の一部にはめられる内部装着部と、
   前記内部装着部を支持するボディ部と、
   前記ボディ部から延びて耳介に引っ掛けられるフック部と、を備え、
   前記基準電極は、前記内部装着部に備えられ、
   前記検出電極は、前記フック部に位置している
   請求項１に記載の生体信号検出装置。
3. 前記検出電極は、前記フック部から突出する複数の電極部を含む
   請求項２に記載の生体信号検出装置。
4. 前記基準電極は、前記内部装着部の側面を構成する環状の部分を含む
   請求項２または３に記載の生体信号検出装置。
5. 前記フック部は、可撓性を有する
   請求項２〜４のいずれか一項に記載の生体信号検出装置。
6. 前記フック部の端部は、前記ボディ部に対して着脱可能に構成されており、
   前記フック部の端部が前記ボディ部に接続している状態において、前記ボディ部と前記フック部とは１つの環を構成する
   請求項２〜５のいずれか一項に記載の生体信号検出装置。
7. 脈波センサ、加速度センサ、および、音声出力部の少なくとも１つを備える
   請求項１〜６のいずれか一項に記載の生体信号検出装置。
8. 耳介の窪みおよび外耳道からなる領域の一部に配置された基準電極の電位と、耳介の後方にて側頭骨上の皮膚に接する検出電極の電位とを検出するステップと、
   前記基準電極の電位と前記検出電極の電位とに基づいて、脳波を示す波形を得るステップと、
   を含む脳波測定方法。
9. 前記脳波を示す波形を得るステップでは、右耳に対応する前記基準電極の電位および前記検出電極の電位と、左耳に対応する前記基準電極の電位および前記検出電極の電位とに基づいて、脳波を示す波形を得る
   請求項８に記載の脳波測定方法。

Images