JP2019097733A - 脳活動計測用電極、その電極を使用した頭部装着装置及び脳活動計測システム - Google Patents
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- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
Abstract
Description
このようなことから、様々なドライ式の電極の開発がされている。ドライ式の電極とは、金属や導電性樹脂を用いるものである。ドライ式の電極は、脳波キャップやヘッドセット等、被験者の頭部に対して何らかの電極を固定して接地する手段と共に用いられ、ウェット式のように、被験者の頭部に導電性ジェルや導電性ペーストを塗布したり、接地前にアルコール等で皮脂を取り除いたりすることは必須ではない。そのため、研究、医療目的だけでなく、ヘルスケア等の産業用途にも期待されている。ドライ式の電極では、ウェット式の電極を導電性ペースト等を用いて接置する場合に比べて接触抵抗が下がらないため、脳波に環境由来等のノイズが混入しやすい。そのため、通常、ドライ式の電極は電極の近傍にプリアンプを配置するアクティブ電極と併用される。アクティブ電極のプリアンプにより、アクティブ電極と差動増幅器(アンプ)をつなぐ電極線由来のノイズの発生は抑えられることとなり、被験者が動いている場合であっても電極線由来のノイズの少ない脳波の計測が可能になる。このようなドライ式の電極の一例として特許文献1を示す。特許文献1は、その図1等に示すように支持部14と、支持部14の表面に突出形成され特定の方向に傾動する弾性体で構成された4本の傾動部16を有するドライ式の電極である脳波計測用電極10である。
1)脳波計測用電極10を押圧すると傾動部16は変形して接触位置がずれてしまう。つまり頭皮と電極の接触部の位置ずれが起こり、計測される脳波のノイズの発生原因となる。
2)電極装着後においても傾動部16が変形することから、その変形が計測される脳波のノイズの発生原因となる。
3)被験者がちょっと動くだけでも傾動部16が変形する可能性があるので、被験者が極力動かないように測定に協力しなければならず負担が大きい可能性がある。
等の課題がある。
本発明は、このような問題点に鑑み、被験者が動いている状態であっても、ノイズが小さく、被験者の負担が小さい脳活動計測用電極、その電極を使用した頭部装着装置及び脳活動計測システムを提供するものである。
このような構成において脳活動計測用電極を頭皮(頭部)に接地させる際には、まず先に相対的に長い第2の頭皮接地部の先端(あるいは先端寄り)を頭皮に接地することとなり、接地点を基点として位置決めすることができる。そして電極は押圧されて第2の頭皮接地部が撓まされることとなり、それに伴って第1の頭皮接地部が頭皮に接近して接地させられることとなる。
脳活動計測用電極は、脳波計測用の導電性ペーストや導電性ジェル、生理食塩水を含浸させた綿等を用いずとも、脳活動を計測できるドライ電極であることがよい。ドライ電極は導電性ペーストや導電性ジェル等を用いないため電極を頭皮に接地させる際には例えばキャップやヘッドセット、ヘッドギア等により頭部に固定される。電極を頭部に固定する際に、電極が押圧され、可塑性を有する第2の頭皮接地部が変形し、第1の頭皮接地部が頭皮に接近して接地されることにより、電極の形状が頭皮に接地された状態において固定される。電極を頭皮上の髪の毛のある個所に接地する際には、可塑性を有する第2の頭皮接地部の変形により髪の毛を掻き分けられることになる。
つまり、第1の頭皮接地部と第2の頭皮接地部が頭皮上でずれることなくしっかりと接地でき、接地が完了すると第1の頭皮接地部も第2の頭皮接地部もいずれも位置が決まり、第2の頭皮接地部の湾曲した姿勢も、例えばキャップ、ヘッドセットやヘッドギア等による押圧された条件において固定化されることになる。そのため、第2の頭皮設置部が可塑性を持っているにもかかわらず、電極の位置のずれや、電極自体の変形が起こらないこととなり、脳活動信号に対するノイズの混入が少なくなり正確に脳活動としての電気的情報を取得することができる。
ここに「頭皮に当接」とは、脳活動計測用電極を用いて脳活動を計測する際に、脳活動が電位差、磁場変化、近赤外線の受光量等のデータとして取得できるように脳活動計測用電極が頭皮に接触又は近接していることである。脳活動計測用電極は頭皮に密着していることが好ましいが、必ずしも密着している必要は無く、脳活動がデータとして取得できれば、多少頭皮から離れていたり、間に頭髪が挟まれていても構わない。
「第1の頭皮接地部」と「第2の頭皮接地部」は特に形状は問わない。第2の頭皮接地部は複数であるが、第1の頭皮接地部は1つでも複数でもよい。第2の頭皮接地部は3つ以上あることが特に安定性のためによい。第1の頭皮接地部に対し第2の頭皮接地部が先に接地することがよく、同時に接地してもよい。第1の頭皮接地部と第2の頭皮接地部は少なくとも一方が脳活動を取得する機能を有することが必要である。
「第1の頭皮接地部」は、脳活動としての電気的情報を取得する場合には導電性能が必要である。金属でもよいが、導電性能を有する合成樹脂素材でもよい。
「複数の第2の頭皮接地部」は、脳活動としての電気的情報を取得する場合には導電性能が必要である。金属でもよいが、第2の頭皮接地部は外方に撓む脚部を有する構成であるため、素材としては導電性能を有する合成樹脂素材が特によい。複数の第2の頭皮接地部がすべてが同一形状でも、すべてが同一形状でなくともよい。第1の頭皮接地部の周囲に間隔を空けて配置されているのであれば、均等の間隔であっても均等の間隔でなくともよい。それぞれが第1の頭皮接地部から等距離に配置されている必要はない。第2の頭皮接地部は可撓性を有し、撓んだ後に元の形状に復帰する弾性を有している必要がある。これら定義は以下の手段においても同様である。
これによって複数の第2の頭皮接地部が撓んだ際に相互に干渉することがなく撓むことが可能となる。外方に撓むことができるようにするために第2の頭皮接地部は長手方向において外方に凸となるようなカーブ形状に構成されることがよい。
第2の頭皮接地部の長さが異なると頭部の形状や頭髪の量が異なっている場合等であっても長さの異なるいずれかの第2の頭皮接地部が頭皮に接地できる可能性が高まるため、脳活動信号を取得しやすくなり、また、第2の頭皮接地部が接地した際の安定性が増すこととなる。例えば、第2の頭皮接地部として二種類の長さのものが用意されてそれらが交互に配置されるようにしてもよい。あるいは、例えばまったく法則性のないようなばらばらの第2の頭皮接地部を用意するようにしてもよい。
また、第4の手段として、前記第2の頭皮接地部の裏面には1又は複数の突起が形成されているようにした。
これによって、第2の頭皮接地部は先端以外の突起部分を接地させることができる。これによって接地部分が増えるため、第2の頭皮接地部が接地した際の安定性が増すこととなる。また、第2の頭皮接地部で脳活動としての電気的情報を取得する場合には、毛髪等を避けて電気的情報を取得しやすくなる。
これによって包囲された複数の第2の頭皮接地部の内部で第1の頭皮接地部がバランスよく包囲されることとなり、第1の頭皮接地部が頭皮に接地した後も接地位置からずれにくくなる。複数の第2の頭皮接地部を放射状に配設する場合に複数の第2の頭皮接地部の長さや間隔は同じであっても異なっていてもよい。
また、第6の手段として、前記第1の頭皮接地部及び前記第2の頭皮接地部は本体を基部として延出されているようにした。
本体を有するようにしたことで、第1の頭皮接地部及び第2の頭皮接地部の安定性が増すこととなる。また、本体となる基部に、取得した脳活動信号を増幅する増幅回路や、脳活動信号にフィルターをかける回路等を内蔵するなどしてもよい。
また、第7の手段として、前記第1の頭皮接地部は複数の突起体として構成されているようにした。
このように、第1の頭皮接地部を複数の突起体から構成することで1つの突起体を小さく構成でき、髪の毛をかき分けることができ髪の毛が頭皮との間に挟まりにくくなる。
また、頭髪が多い被験者でも突起体が頭髪を避けて頭皮に接触させることができることとなる。突起体は平面視において対称(線対称や回転対称)となるように配置することがよい。
導電性能を有する合成樹脂素材から構成することで、金属素材に比べて被験者の頭部が冷たく感じることがなくなり、柔らかな素材を使用することができるため被験者にとって使いやすい脳活動計測用電極を提供することができる。
また第9の手段として、前記合成樹脂素材は柔軟な素材であるようにした。
柔軟な素材で構成されていれば、電極は頭皮に密着しやすく脳電位や脳磁等の電気的な情報をなるべく大きな信号強度で得ることが可能である。また、頭部の形状に合わせて頭皮接地部が撓むこととなるため、頭皮接地部が複数ある場合に接触していない頭皮接地部、あるいはしっかりと接触していない頭皮接地部の発生する可能性が低くなる。また、例えば被験者が転倒した場合などにおいても、頭皮との接触によって痛んだり頭皮が傷付いたりする可能性も低くなる。
また第10の手段として、前記合成樹脂素材は微細な導電性物質群を含有させて導電性能を有するようにした。
このような素材で電極全体を構成すれば、合成樹脂素材をベースにしていても十分な導電性を得られることとなり、成形性がよく低コストのプラスチック素材を使用することが可能となる。
「合成樹脂素材」としては、熱可塑性や熱硬化性のプラスチック、合成ゴムやあるいは熱可塑性エラストマーを含み、例えばスチレン系熱可塑エラストマー、オレフィン系熱可塑エラストマー、ウレタン系熱可塑エラストマー、塩化ビニル系熱可塑エラストマー、ポリアミド系熱可塑エラストマー、エステル系熱可塑エラストマー、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ乳酸、ナイロン、ポリアセタール、変性ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリアミド、ポリウレタン、ポリイミド、ポリエステル、ポリオレフィン、ABS樹脂、AS樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、シリコーン樹脂(シリコーンゴム)、エチレン・プロピレンゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、フッ素ゴム等をいう。
「柔軟な材料」は、例えば可撓性があって、外部からの圧力を受けて曲げたり押したりすることで変形するものの圧力がなくなることで元の形状に復帰する素材である上記では、例えば合成ゴムや熱可塑性エラストマーやあるいは発砲プラスチックを含み、例えばスチレン系熱可塑エラストマー、オレフィン系熱可塑エラストマー、ウレタン系熱可塑エラストマー、塩化ビニル系熱可塑エラストマー、ポリアミド系熱可塑エラストマー、エステル系熱可塑エラストマー、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、シリコーンゴム、エチレン・プロピレンゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、フッ素ゴム、軟質ポリウレタンフォーム、ポリエチレンフォーム、ポリスチレンフォーム、ポリプロピレンフォーム等がよい。「柔軟な材料」で構成されるのは頭皮接地部だけではなく、電極全体を柔軟な材料で構成するようにしてもよい。
一体的に成形できればコスト的に有利となる他、耐久性を向上させることができるからである。第1の頭皮接地部及び第2の頭皮接地部の部分のみでなく脳活動計測用電極全体として一体成形することがよりよい。
また第12の手段として、前記第1の頭皮接地部と前記第2の頭皮接地部とはそれぞれ異なる素材から構成されているようにした。
例えば、第1の頭皮接地部を導電性素材とし、第2の頭皮接地部を非導電性素材としたり、あるいはその逆で構成したり、第1の頭皮接地部を金属製素材とし、第2の頭皮接地部を合成樹脂素材としたりすることができる。また、第1の頭皮接地部と可撓性が必要な第2の頭皮接地部とをそれぞれ異なる柔軟度や硬度の素材で構成したりする場合である。これによって、第1の頭皮接地部と第2の頭皮接地部を機能面からそれぞれ最適な素材で構成することができる。
また第14の手段として、前記電極固定部は前記第1の頭皮接地部及び前記第2の頭皮接地部とともに一体成形されているようにした。
電極固定部は脳活動計測用電極を固定するための部位である。これによって、脳活動計測用電極を電極固定部を使用して例えばヘッドキャップやヘッドセットのような頭部装着用のベース固定することができる。このような電極固定部は第1の頭皮接地部及び第2の頭皮接地部とともに一体成形されていればコスト的に有利となる。
また第15の手段として、前記脳活動は脳波として記録されているようにした。
また第16の手段として、前記脳活動は脳磁界として記録されているようにした。
これらのような脳活動を用いることで、時間分解能が高く、ミリ秒単位の脳活動も計測することが可能となる。
このような上記の脳活動計測用電極を備えた具体的な頭部装着装置であれば、特にペーストやジェルを用いないドライ電極において電極を頭部に保持できるため、頭皮に当接させることが容易となる。特に電極固定部を介して取り付けることがよい。ここに「頭部装着装置」とは電極位置に穴の開いたヘッドキャップ、電極を頭部に装着するためのヘッドセット等のことである。
また、第18の手段として、前記脳活動計測用電極に脳活動信号を増幅する増幅装置が固定されているようにした。
これによって計測された脳波を直ちに増幅装置で増幅することで、外部からの電波や磁場の影響が小さくなるため、外部ノイズの少ない質の良い脳波を取得することができる。
また、第19の手段として、前記増幅装置は前記ベース側に固定され、前記脳活動計測用電極は前記増幅装置のキャッチ部に支持されているようにした。
これによって、増幅装置をベース側の部材として前もって取り付け、そのような増幅装置に脳活動計測用電極を取り付けるようにできるため、脳活動計測用電極のみを単独でベース側に取り付けることができ、作業性が向上する。
また、第20の手段として、前記脳活動計測用電極は前記増幅装置のキャッチ部に対して着脱可能とされているようにした。
これによって脳活動計測用電極のベース側への固定作業を簡単に行うことができる。
また、第21の手段として、前記増幅装置と、前記第1の頭皮接地部及び第2の頭皮接地部の上部に形成された頭部装着用のベース保持部と、によって前記ベースを挟んでいるようにした。
これによって脳活動計測用電極はベースに対してしっかりと所定の位置で固定されることとなる。このようにしっかり固定された脳活動計測用電極を備える頭部装着装置をかぶるだけで被験者の脳活動の計測が可能となる。
このようにすることで、被験者に電極を装着する手間を低減することができ、計測準備時間を短縮した脳活動計測システムを提供することができる。
また、第23の手段として、第17〜第21のいずれかの手段の頭部装着装置によって得られた脳活動信号に基づいて脳活動を計測するようにした。
このようにすることで、被験者に頭部装着装置を装着する手間を低減することができ、計測準備時間を短縮した脳活動計測システムを提供することができる。
上述した第1〜第23の手段の各発明は、任意に組み合わせることができる。特に、第1の手段の構成を備えて、第2〜第23の手段の各発明の少なくともいずれか1つの構成と組み合わせを備えると良い。第1〜第23の手段の各発明の任意の構成要素を抽出し、他の構成要素と組み合わせてもよい。
(第1の実施の形態)
図1に示すように、本発明の第1の実施の形態の脳活動計測システムとしての脳波計測システムは頭部装着装置としてのヘッドキャップセット1と、第1の増幅装置としての差動アンプ2と、コンピュータ3から構成されている。ヘッドキャップセット1は伸縮性のある肉厚の布製の半球形状のベースとしてのキャップ本体4を備えており、計測者はキャップ本体4を脳波を反映した脳電位(電圧)を計測するための決められた向きとなるように被験者の頭部に装着する。キャップ本体4には多数の脳電位(電圧)計測用の電極5が装着されている(図1は模式的に脳波計測システムを示しているため、一部の電極5だけを表示している)。
図2(a)〜(c)及び図3に示すように、第1の実施の形態の電極5は円錐台形状の本体6を備えている。本体6は経線方向が二次曲線状に外に凸となるように緩やかに膨らんだ外周とされ、本体6の上面6aと底面6bは平面で互いに平行となるように構成されている。本体6の上面6aには電極固定部7が形成されている。電極固定部7は横断面円形の柱部7aと柱部7aの上部に形成された球状連結部7bとから構成されている。電極固定部7は後述するプリアンプ13への通電部としての役割をする。本体6の底面6bには第1の頭皮接地部としての4本の突起8が形成されている。突起8は断面円形の円柱形状とされ、下方に向かって突出されている。突起8は底面6b中央位置から等距離となる四方に点対称あるいは鏡像対象となるように配置されている。突起8の下端角部は滑らかに面取りされている。
本体6の外周の下方寄り位置(上下方向において中央寄りも下側)には第2の頭皮接地部としての第1の脚部9と第2の脚部10が放射状に配置形成されている。第1の脚部9と第2の脚部10は本体6の外周の同じ高さ位置から4本ずつが交互にかつ等間隔に延出されるように配置されている。第1の脚部9と第2の脚部10はそれぞれ本体6外周を基部として外方に延出される横断面円形の長尺の第1の湾曲部9aと第2の湾曲部10aを備えている。第1の湾曲部9aは第2の湾曲部10aは同じ太さに構成されているが、第1の湾曲部9aは第2の湾曲部10aに対して相対的に長尺とされている。つまり、長さの異なる第2の頭皮接地部が混在するような構成である。第1の湾曲部9a及び第2の湾曲部10aは外に凸となるように湾曲して外方に延出され、かつ下方に向かって緩やかに下垂されている。第1の湾曲部9aと第2の湾曲部10aの先端には当接部11が形成されている。当接部11は第1の湾曲部9aと第2の湾曲部10aの先端を膨らませたような球状の形態とされている。図2(c)に示すように当接部11は球状の頂点位置がちょうど下方向を指向する。図2(b)に示すように、第1の脚部9の当接部11は第2の脚部10の当接部11よりも下方に配置され、図2(c)に示すように、底面視において第1の脚部9の当接部11と第2の脚部10の当接部11は本体6の中心から等距離となるように配置されている。
このような形状の電極5は、導電性のある柔らかい素材によって一体成形品として構成されている。素材としては、柔軟性のある合成樹脂から適宜選んだものが使用可能である。第1の実施の形態では一例としてそれ自体は導電性ではない合成樹脂素材(例えば、ポリカーボネート)が使用され、導電性繊維であるカーボン繊維が分散状に混入されている。第1の実施の形態では一例として合成樹脂中に長さ約2.0mmのカーボン繊維を重量比で30%加えられている。
第1の実施の形態では変形前の形状で電極5の外径が14mm、高さが12mm、第1及び第2の湾曲部9a、10aの横断面円形の直径が1.2mm、当接部11の直径が2.4mm、突起8の高さが1.5mm、断面円形の直径が1.2mmとされている。
第2の増幅装置としてのプリアンプ13は円柱形状の外形の柔軟な素材(例えば発泡ポリウレタン)から構成され、内部には増幅装置本体となる電子基盤13aが収納されている。プリアンプ13の下面から内部にかけては電極5の電極固定部7に対応する形状のキャッチ部としての凹部14が形成されている。各電極5のプリアンプ13はそれぞれケーブル16を介して差動アンプ2に接続され、差動アンプ2はケーブル17を介してコンピュータ3に接続されている。
具体的に電極5は次のように固定される。電極5をキャップ本体4の取り付け孔18周囲の布地をキャップ本体4の外側に配置されたプリアンプ13と、内側に配置された本体6の上面6aとによって挟むことで固定される。電極5の装着は第1の実施の形態ではキャップ本体4の内側から行われる。素材の伸縮性を利用して取り付け孔18を押し広げ、この取り付け孔10に対して取り付け孔18よりも若干大きめに構成された電極固定部7(球状連結部7b)をキャップ本体4の内側から外側に通過させる。そして、電極固定部7をプリアンプ13の凹部14に無理嵌め状に嵌合させる。これによって取り付け孔10の周囲のキャップ本体4の布地を本体6の上面6aとプリアンプ13下面とで挟持することとなり、電極5はキャップ本体4に固定される。プリアンプ13の凹部14に対して電極固定部7は着脱時自在である。
キャップ本体4に固定された図3(a)の状態の電極5は、被験者が図1のようにヘッドキャップセット1を装着することで、頭皮に対して接近するように押圧されることとなる。そして、まず第1の脚部9の当接部11が被験者の頭皮に接地し、次に第2の脚部10当接部11が接地し、最後に中央の4つの突起8が接地する。押圧に伴って第1の脚部9の第1の湾曲部9aと第2の脚部10の第2の湾曲部10aは接地(当接)した当接部11を基点に外方に撓んで突起8の接地を許容する。
図3(b)は第1の脚部9の当接部11、第2の脚部10の当接部11、突起8のすべてが当接して電極5が頭皮上にしっかりと固定された状態である。
上記各電極5はプリアンプ13と差動アンプ2を介して差動アンプ2内に配設されたインターフェース20に接続され、インターフェース20を介してコンピュータ3に取得した脳波として電位データ(電圧データ)が出力される。
プリアンプ13は各電極5ごとに装着され、取得したその位置での脳波電圧を増幅する。差動アンプ2は差動増幅回路を備え、図示しないリファレンス電極から得られた脳波電圧と電位差を算出し増幅する。更に差動アンプ2は内蔵されたフィルター回路によってノイズを低減する機能を有する。差動アンプ2で増幅された電位データは検出対象データとしてケーブル17を介してコンピュータ3に出力される。
コンピュータ3はCPU(中央処理装置)21や記憶装置22及びその周辺装置によって構成されている。CPU21は記憶装置に保存されているプログラムに基づいて演算処理を行う。記憶装置22にはCPU21の動作を制御するためのプログラム、複数のプログラムに共通して適用できる機能を管理するOA処理プログラム(例えば、日本語入力機能や印刷機能等)等の基本プログラムが格納されている。更に、電位データを取り込むプログラム、電位差を算出するプログラム、計測データの信頼度を算出するプログラム、電位データを解析し表示するプログラム等が格納されている。CPU21には入力装置23(マウス、キーボード等)、及びモニター24が接続されている。モニター24に得られた脳波や差分等の計測結果を表示させることができる。
(1)装用者がヘッドキャップセット1を装着する際に、電極5全体の頭皮への接近に伴って第1の脚部9が、まず被験者の頭皮に接地し、次に第2の脚部10が接地し、最後に中央の4つの突起8が接地するという複数の段階(ここでは3段階)を経て固定されることとなっている。そして、この際に第1の脚部9と第2の脚部10は先端の当接部11が頭皮に当接すると電極5全体の頭皮への接近に伴ってその当接位置からずれることなく第1の湾曲部9aは第2の湾曲部10aが外方に撓むため(つまり湾曲が大きくなって)、突起8の位置もずれることなく固定されることとなる。このように電気的情報を取得するすべての部分がしっかりと頭皮上で固定されることとなるため、正確な電気的情報の取得に寄与する。
(2)第1の脚部9がまず頭髪をかき分けてまず頭皮に接地し、次いで隣接する第2の脚部10が頭髪をかき分けて頭皮に接地するという時間差で頭髪をかき分けるようにしているため、第1の脚部9と第2の脚部10が数が多く、かつ比較的接近していても頭髪がかき分けやすい。また、第1の脚部9と第2の脚部10が交互に配設されていることもそれらの個々のかき分け領域が確保されるため頭髪がかき分けやすくなっている。また、このように第1の脚部9と第2の脚部10で立体的にキャップ本体4を下方から支えて浮かせた状態で保持することができ、本体6の高さもあり、第1及び第2の脚部9、10も本体6の下方位置にあるため、キャップ本体4の下方に空間ができるためキャップ本体4の布地が頭髪を押さえてしまうことなく、頭髪を逃がす機能を維持することができるため、よりドライ電極での電極の接触不良が起きにくい。
(3)第1の脚部9と第2の脚部10の長さが異なることで、頭の形状や頭髪量の異なる場合であっても、安定して脳波を計測することができる。例えば、小顔の被験者の場合、脚部が長すぎると頭部の曲率に追随できないため、当接部11を頭皮に接地することができないが、短い第2の脚部10により、小顔の被験者であっても、頭部の曲率に十分に追随することができる。また、頭髪が長い被験者の場合、脚部が短かすぎると当接部11が頭髪を掻き分けて頭皮に接地することは難しいが、長い第1の脚部9により頭髪を掻き分けて頭皮に接地することができる。
(4)第1の脚部9と第2の脚部10の先端の当接部11は球状であるため頭皮に当接する際に、常に「点」で頭皮に当接することとなり、頭髪を挟みにくくなる。
(5)ヘッドキャップセット1はキャップ本体4に厚手の布地で構成されていることから十分な重さがあるため、被験者がかぶるだけで電極5が頭皮に当接して脳波電位を計測できることとなっており、電極を保持するためにウェット電極のようにペースト等を使用しなくともよく、簡便で使いやすい脳波計測システムを提供することができる。
(6)ヘッドキャップセット1により電極が押圧された状態で頭皮に接地され、電気的情報を取得するすべての部分がしっかりと頭皮上で固定されるため、被験者が運動等を行った場合であっても電極と頭皮の位置ずれや、電極自体の形状の変形が起こらず、ノイズ混入の少ない脳波を記録することができる。
第2の実施の形態は第1の実施の形態の電極5のバリエーションである。そのため第1の実施の形態と共通する構成の詳しい説明は省略し、第1の実施の形態の電極5とは異なる点を主として説明する。図面において第1の実施の形態の電極5と共通する部材については共通する番号を付して詳しい説明は省略する。
図5(a)〜(c)に示すように、第2の実施の形態の電極25は第1の実施の形態の電極5と同様の本体6を備えている。本体6の上面6aには第1の実施の形態の電極5と同様の電極固定部7が形成されている。本体6の底面6bには第1の実施の形態の突起8と同様の4本の突起8が形成されている。
本体6の外周の下方寄り位置には第1の実施の形態の電極5と同様の第1の脚部9と第2の脚部10が放射状に配置形成されている。
第2の実施の形態の電極25は第1の実施の形態と異なり第1の脚部9と第2の脚部10の先端に長平楕円体形状(つまりラグビーボール形状)の当接部26が形成されている。当接部26は第1の湾曲部9aと第2の湾曲部10aの先端に長平楕円体形状の極寄り外周が連結されており、当接部26の先端方向は第1の湾曲部9aと第2の湾曲部10aの延出方向と略一致している。
第2の実施の形態では変形前の形状で、電極25の外径が16mm、高さが11mm、第1及び第2の湾曲部9a、10aの横断面円形の直径が0.8mm、当接部26の長手方向が3.0mm、短手方向が1.0mm、突起8の高さが1.5mm、断面円形の直径が1.2mmとされている。
このような構成の電極25を第1の実施の形態と同様にキャップ本体4に固定して装用者がヘッドキャップセット1を装用した際には、第1の実施の形態と同様に第1の湾曲部9aと第2の脚部10の第2の湾曲部10aは接地(当接)した当接部26を基点に外方に撓んで突起8の接地を許容する。また、当接部26は長半径側の弧が接地することとなり、これは比較的頭皮に沿った方向となるため接触面積が増えることとなり、電極25接地の際の安定性が増して正確な電気的情報の取得に寄与する。
また、先細りの当接部26であるため、髪の毛をかき分けやすくなっている。その他第1の実施の形態の効果は第2の実施の形態でも同様である。
第3の実施の形態は第1の実施の形態の電極5のバリエーションである。そのため第1及び第2の実施の形態と共通する構成の詳しい説明は省略し、第1の実施の形態の電極5とは異なる点を主として説明する。図面において第1の実施の形態の電極5と共通する部材については共通する番号を付して詳しい説明は省略する。
図6(a)及び(b)に示すように、第3の実施の形態の電極31は第1の実施の形態の電極5と同様の本体6を備えている。本体6の上面6aには第1の実施の形態の電極5と同様の電極固定部7が形成されている。本体6の底面6bには3本の突起32が形成されている。突起32は底面6b中央位置から等距離となる三方に点対称あるいは鏡像対象となるように配置されている。突起32の下端角部は滑らかに面取りされている。
本体6の外周の下方寄り位置には第2の頭皮接地部としての第1の脚部33と第2の脚部34が放射状に配置形成されている。第1の脚部33と第2の脚部34は本体6の外周の同じ高さ位置から3本ずつが交互にかつ等間隔に延出されるように配置されている。第1の脚部33と第2の脚部34はそれぞれ本体6外周を基部として外方に延出される横断面円形の長尺の第1の湾曲部33aと第2の湾曲部34aを備えている。第1の湾曲部33aは第2の湾曲部34aは同じ太さに構成されているが、第1の湾曲部33aは第2の湾曲部34aに対して相対的に長尺とされている。第1の湾曲部33a及び第2の湾曲部34aは外に凸となるように湾曲して外方に延出され、かつ下方に向かって緩やかに下垂されている。第1の湾曲部33a及び第2の湾曲部34aの裏面(下面)にはそれぞれ3つの小突起35が形成されている。小突起35は各第1の湾曲部33a又は第2の湾曲部34aの長手方向に沿って一列に配置されている。小突起35はいずれも同形状の円錐台形状に構成されており、先端となる下方側が面積の小さな底となっている。小突起35の最大径部分は第1の湾曲部33a又は第2の湾曲部34aの径よりも小さい。小突起35の下端角部は滑らかに面取りされている。
第3の実施の形態では変形前の形状で電極31の外径が18mm、高さが10mm、第1及び第2の湾曲部33a、34aの横断面円形の直径が1.2mm、突起8の高さが1.5mm、断面円形の直径が1.2mm、小突起35の高さが1.5mmとされている。
上記のように構成することで、第3の実施の形態では上記第1の実施の形態と同様の効果に加えて次のような効果が奏される。
(1)第1の湾曲部33aと第2の湾曲部34に形成された小突起35がそれぞれ頭皮に接地することとなり、第1の脚部33と第2の脚部34の接地時の安定性が増すこととなり、正確な電気的情報の取得に寄与する。
(2)第1の脚部33と第2の脚部34は先端のすぼまった第1の脚部33と第2の脚部34の径よりも最大径の小さな小突起35を有しているため、それらによって髪の毛がかき分けやすくなる。
第4の実施の形態は第1の実施の形態の電極5のバリエーションである。そのため第1の実施の形態と共通する構成の詳しい説明は省略し、第1の実施の形態の電極5とは異なる点を主として説明する。図面において第1の実施の形態の電極5と共通する部材については共通する番号を付して詳細な説明は省略する。
図7及び図8(a)〜(c)に示すように、第4の実施の形態の電極36は第1の実施の形態の電極5と外形的な形状はまったく同じである。しかし、電極36は異なる素材を組み合わせて1つの電極36を構成している点で第1の実施の形態の電極5と異なる。電極36は2色成形によって2種類の合成樹脂から構成されている。電極36の成形は次のような手順で行う。
まず、図8(a)に示すように、第1の成形品37を成形する。第1の成形品37は図示しない金型で成形する。第1の成形品37は将来的に本体6の一部と電極固定部7と突起8となる部分を有している。
図8(b)に示すように、金型38内に第1の成形品37を配置する。金型38の第1の成形品37の周囲には破線で示すような形状のキャビティ39が形成される。キャビティ39内に溶融樹脂を充填し、固化後に金型38から離型することで第1の成形品37を包囲するように第2の成形品、つまりが電極36が成形される(図8(c)の状態)。
電極36において、第1の成形品37も第2の成形品40も柔らかい素材から構成されている。本実施の形態では第1の成形品37側の突起8から電気的情報を取得して電極固定部7からプリアンプ13に通電するため、第1の成形品37側を導電性とする。一方、第2の成形品40は非導電性とする。第1の成形品37は一例として熱可塑性のプラスチック(例えば、ポリカーボネート)が使用され、導電性繊維であるカーボン繊維が分散状に混入されている。第4の実施の形態では一例として合成樹脂中に長さ約2.0mmのカーボン繊維を重量比で30%加えられている。一方、第2の成形品40は一例として熱硬化性の合成樹脂(例えばシリコーン樹脂)で構成されている。
このような電極36は第1の実施の形態の電極5と同様にヘッドキャップセット1に装用されて使用される。
このような構成であれば、上記第1の実施の形態と同様の効果に加えて次のような効果が奏される。
(1)突起8は第1の脚部9と第2の脚部10に包囲されており、上記実施の形態と異なりこの突起8のみが電気的情報の取得を担っているため、例えば被験者が姿勢を変えてわずかに第1の脚部9と第2の脚部10の変形があったとしてもその影響を受けなくなる。つまり、第4の実施の形態では第1の脚部9と第2の脚部10は電気的情報の取得はせずに、突起8を包囲して確実に突起8の位置を保持する役割をすることとなるため、より正確な電気的情報の取得が可能となる。
(2)第4の実施の形態では突起8と第1の脚部9と第2の脚部10の素材が違うため、頭皮に接触する第1の脚部9と第2の脚部10の固さや第1の脚部9と第2の脚部10の撓み具合を突起8とは無関係に最適な素材とすることが可能となる。
第5の実施の形態は上記各実施の形態の電極とは異なる他のバリエーションである。
第5の実施の形態の電極41は第1〜第4の実施の形態とは異なる頭部装着装置としてのヘッドキャップセット51に搭載した例である。まず電極41から説明する。
図9(a)及び(b)に示すように、電極41は円柱状の本体42を備えている。本体42は長手方向中央に本体42の径よりも若干大径のフランジ部43が形成されている。フランジ部43を境界として本体42のそれよりも上方側外周には雄ネジ部42aが形成されている。本体42の底面は第1の頭皮接地部としての接地部45とされている。接地部45周囲の本体42と交わる角部は滑らかに面取りされている。本体42のフランジ部43の下方側外周には第2の頭皮接地部としての脚部46が形成されている。3本の脚部46は放射状に配置されている。各脚部46は横断面円形の長尺の湾曲部47を備えている。湾曲部47は外に凸となるように湾曲して外方に延出され、かつ下方に向かって緩やかに下垂されている。第1の実施の形態の電極5と同様に湾曲部47の先端には当接部48が形成されている。当接部48は湾曲部47の先端を膨らませたような球状の形態とされている。図9(b)に示すように、当接部48は球状の頂点位置がちょうど下方向を指向する。
第5の実施の形態では変形前の形状で、電極41の外径が8mm、高さが12mm、湾曲部47の横断面円形の直径が0.8mm、当接部の直径が1.5mmとされている。
このような構成の電極41をキャップ本体53に固定して装用者がヘッドキャップセット51を装用した際には、第1の実施の形態と同様に当接部48が接地し、湾曲部は接地(当接)した当接部48を基点に外方に撓んで接地部45の頭皮への接地を許容する。
このような構成であれば、上記第1の実施の形態と同様の効果に加えて次のような効果が奏される。
(1)電極41は外径を小さく設計できるため、より正確な位置に電極を接地し、より限られた部位からの脳情報を取得することができるようになる。
(2)電極41は単純な構造のため、試作、金型等、製造にかかるを費用を低減することができる。
・上記第1〜第5の実施の形態の各電極5,25,31,36,41の形態やサイズは一例であって、他の形態で実施することも自由である。
例えば、第1〜第4の実施の形態では長さの違う第1の脚部9と第2の脚部10(第1の脚部33と第2の脚部34)を使用していたが、同じ長さで第2の頭皮接地部を構成してもよく、逆に三種類以上の長さの異なる第2の頭皮接地部とするようにしてもよい。
・上記実施の形態では導電性を持たせるために合成樹脂素材に導電性の微粒子としてカーボン繊維を混合するようにしていた。しかし、このような導電性微粒子を素材自体に混合しなくとも本発明は実現できる。
・各電極5,25,31,36,41を構成する素材は上記は一例であって、他の合成樹脂素材を使用することも自由である。素材を変更することで、可撓性や弾性、硬化性等の諸性質を変更させることも可能である。
例えば、電極を合成樹脂素材自体が導電性を有する素材で構成するようにしてもよい。あるいは電極の外面に導電性のコート層を形成するようにしてもよい。そのようなコート層を形成する場合にはコート剤に導電性の繊維状、粉状、粒状等の導電性物質群を混ぜるようにして導電性を発現させるようにすることがよい。コート層は塗布やディップ法で形成させることがよいが、それら以外の手段で形成してもよい。
・上記第4の実施の形態の電極36では2色成形によって2種類の合成樹脂から構成されていた。しかし、第1の成形品37を合成樹脂素材ではなく、導電性の金属素材から構成するようにしてもよい。つまり、第4の実施の形態の電極36を金属をインサートしてその回りに合成樹脂を配置するインサート成形によって形成するようにしてもよい。
・上記各実施の形態では布製のキャップ本体4に各電極5,25,31,36,41を固定するようにしていたが、例えば布製ではないプラスチック製のフレームに電極を装着するようなヘッドキャップセットであってもよい。
・上記第4の実施の形態では第1の頭皮接地部側の突起8が導電性のある素材で構成され、第2の頭皮接地部となる第1の脚部9と第2の脚部10は非導電性の素材で構成されていたが、この関係が逆であってもよい。この場合には電極固定部7は第2の成形品40側の成形品として導電性を確保することがよい。突起8が頭皮に接地した状態で第1の脚部9と第2の脚部10も変形することがなくなるため、突起8を電気的上方の取得ではなく位置決め用に特化させるようにしてもよい。
・各電極5,25,31,36,41を固定する際には必ずしもプリアンプを使用しなくともよい。プリアンプとは別の手段で各電極5,25,31,36,41を固定してもよい。例えばプリアンプとは別体の各電極5,25,31,36,41に形成された電極固定部と係合する部材でキャップ本体を設け、プリアンプが電極を固定する機能を有していない場合であってもよい。
・キャッチ部として、上記ではプリアンプ13の凹部14に対して電極固定部7を着脱させたり、電極側の雄ネジ部42aをプリアンプ49側の雌ネジ部49aを螺合させて固定するようにしていたが、これらは一例であって他の手段で電極5,25,31,36,41をベース側に固定するようにしてもよい。
・差動アンプとコンピュータをつなぐインターフェース20は、上記実施の形態では有線で接続された例を説明したが、無線等による通信でもよい。また、プリアンプと差動アンプ間の情報伝達も有線に限定されず無線等による通信を用いることも本発明のバリエーションに含む。
本願発明は上述した実施の形態に記載の構成に限定されない。上述した各実施の形態や変形例の構成要素は任意に選択して組み合わせて構成するとよい。また各実施の形態や変形例の任意の構成要素と、発明を解決するための手段に記載の任意の構成要素または発明を解決するための手段に記載の任意の構成要素を具体化した構成要素とは任意に組み合わせて構成するとよい。これらについても本願の補正または分割出願等において権利取得する意思を有する。
また、意匠出願への変更出願により、全体意匠または部分意匠について権利取得する意思を有する。図面は本装置の全体を実線で描画しているが、全体意匠のみならず当該装置の一部の部分に対して請求する部分意匠も包含した図面である。例えば当該装置の一部の部材を部分意匠とすることはもちろんのこと、部材と関係なく当該装置の一部の部分を部分意匠として包含した図面である。当該装置の一部の部分としては、装置の一部の部材としてもよいし、その部材の部分としてもよい。
Claims (23)
- 頭皮に当接させて使用する脳活動計測用電極において、
第1の頭皮接地部と、同第1の頭皮接地部の周囲に間隔を空けて配置された複数の第2の頭皮接地部を備え、前記第1の頭皮接地部及び前記第2の頭皮接地部の少なくとも一方が脳活動としての電気的情報を取得する機能を有し、前記第2の頭皮接地部は前記第1の頭皮接地部よりも長く構成され、かつ前記第2の頭皮接地部は可撓性を有することを特徴とする脳活動計測用電極。 - 前記第2の頭皮接地部は外方に撓むことができることを特徴とする請求項1に記載の脳活動計測用電極。
- 前記複数の第2の頭皮接地部の長さがすべて同じではないことを特徴とする請求項1又は2に記載の脳活動計測用電極。
- 前記第2の頭皮接地部の裏面には1又は複数の突起が形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の脳活動計測用電極。
- 前記複数の第2の頭皮接地部は前記第1の頭皮接地部の周囲に放射状に配設されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の脳活動計測用電極。
- 前記第1の頭皮接地部及び前記第2の頭皮接地部は本体を基部として延出されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の脳活動計測用電極。
- 前記第1の頭皮接地部は複数の突起体として構成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の脳活動計測用電極。
- 前記第1の頭皮接地部及び前記第2の頭皮接地部の少なくとも一方は導電性能を有する合成樹脂素材から構成されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の脳活動計測用電極。
- 前記合成樹脂素材は柔軟な素材であることを特徴とする請求項8に記載の脳活動計測用電極。
- 前記合成樹脂素材は微細な導電性物質群を含有させて導電性能を有するようにしたことを特徴とする請求項8又は9に記載の脳活動計測用電極。
- 前記第1の頭皮接地部及び前記第2の頭皮接地部は合成樹脂成形品として一体成形されていることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の脳活動計測用電極。
- 前記第1の頭皮接地部と前記第2の頭皮接地部とはそれぞれ異なる素材から構成されていることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の脳活動計測用電極。
- 前記第1の頭皮接地部及び前記第2の頭皮接地部の上部位置には電極固定部が形成されていることを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の脳活動計測用電極。
- 前記電極固定部は前記第1の頭皮接地部及び前記第2の頭皮接地部とともに一体成形されていることを特徴とする請求項13に記載の脳活動計測用電極。
- 前記脳活動は脳波として記録されることを特徴とする請求項1〜14のいずれかに記載の脳活動計測用電極。
- 前記脳活動は脳磁界として記録されることを特徴とする請求項1〜14のいずれかに記載の脳活動計測用電極。
- 請求項1〜16のいずれかに記載の脳活動計測用電極を頭部装着用のベースに取り付けた頭部装着装置。
- 前記脳活動計測用電極に脳活動信号を増幅する増幅装置が固定されていることを特徴とする請求項17に記載の頭部装着装置。
- 前記増幅装置は前記ベース側に固定され、前記脳活動計測用電極は前記増幅装置のキャッチ部に支持されていることを特徴とする請求項18に記載の頭部装着装置。
- 前記脳活動計測用電極は前記増幅装置のキャッチ部に対して着脱可能とされていることを特徴とする請求項19に記載の頭部装着装置。
- 前記増幅装置と、前記第1の頭皮接地部及び第2の頭皮接地部の上部に形成された頭部装着用のベース保持部と、によって前記ベースを挟んでいることを特徴とする請求項17〜20のいずれかに記載の頭部装着装置。
- 請求項1〜16のいずれかに記載の脳活動計測用電極によって得られた脳活動信号に基づいて脳活動を計測する脳活動計測システム。
- 請求項17〜21のいずれかに記載の頭部装着装置によって得られた脳活動信号に基づいて脳活動を計測する脳活動計測システム。
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