JP2019201995A - 生体信号取得用電極及び生体信号測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザにとっての聞こえへの悪影響及び装用中の負荷を抑えた耳に装着される生体信号取得用電極等を提供する。【解決手段】生体信号取得用電極１０は、ユーザの耳介又は耳介の周辺部と当該耳介から通じる外耳道の壁とから、クリップ力でユーザの頭部を挟むクリップ体と、クリップ体の外耳道に挿入される部分に配置され、外耳道の内壁と接触する導電体からなる電位検出部１００と、クリップ体の耳道に挿入されない部分に配置され、耳介又は耳介の周辺部と接触する導電体からなる基準電位部２００とを備える。【選択図】図６

Description

本発明は、ユーザに装用される生体信号取得用の電極に関する。

人が装用可能な器具を用いることで、医療機関の外来の診療時間外でも、つまり場所又は時間の強い制約を受けずに生体信号の計測を可能にする技術が提案されている。例えば耳に掛けて装用する本体に、外耳道に挿入されて脳波又は筋電位等の生体信号を測定するための電極を備える生体信号測定装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１０−２１３９２７号公報

上記の従来の生体信号測定装置では、電極を含む装着具によって外耳道が大きく塞がれることから、聞こえへの影響が大きい。また、外耳道の太さや形状には個人差があるため、ユーザによっては装着具の挿入が不可能であったり、外耳道内での固定のために電極から外耳道の壁に掛かる力によって不快感を生じたりしやすい。また、長時間にわたる装用では痛みを招くことも考えられる。

本発明は、ユーザにとっての聞こえへの悪影響及び装用中の負荷を抑えた耳に装着される生体信号取得用電極等を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る生体信号取得用電極は、ユーザの耳介又は前記耳介の周辺部と当該耳介から通じる外耳道の壁とから、クリップ力で前記ユーザの頭部を挟むクリップ体と、前記クリップ体の前記外耳道に挿入される部分に配置され、前記外耳道の内壁と接触する導電体からなる電位検出部と、前記クリップ体の前記外耳道に挿入されない部分に配置され、前記耳介又は前記耳介の周辺部と接触する導電体からなる基準電位部とを備える。

また、本発明に係る生体信号測定システムは、前記クリップ体は、電源から電力の供給を受ける通信部をさらに備え、前記通信部は、前記電位検出部が検出した電位に基づく信号を取得し、前記信号を生体信号として外部に送信する上記の生体信号取得用電極と、前記通信部から送信された前記生体信号を取得し、前記生体信号に所定の処理を行う生体信号処理部とを備える。

本発明に係る生体信号取得用電極は、ユーザにとっての聞こえへの悪影響及び装用中の負荷が抑えられている。

図１は、実施の形態に係る生体信号取得用電極の外観を説明するための模式図である。 図２Ａは、実施の形態に係る生体信号取得用電極の装用の態様の一具体例を示す模式図である。 図２Ｂは、上記の生体信号取得用電極の装用の態様の一具体例における検出部の位置を説明するための模式図である。 図３は、実施の形態に係る生体信号取得用電極の装用の態様を説明するための図である。 図４は、実施の形態に係る生体信号取得用電極の装用の態様の他の具体例を示す模式図である。 図５は、実施の形態に係る生体信号取得用電極の装用の態様のさらに他の具体例を示す模式図である。 図６は、実施の形態に係る生体信号取得用電極を備える生体信号測定システムの機能構成例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態等は説明のための一例であって、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は適宜省略又は簡略化する。

（実施の形態）
図１は、本実施の形態に係る生体信号取得用電極の外観を説明するための模式図である。

生体信号取得用電極の本実施の形態における例である生体電極１０は、電位検出部１００と、基準電位部２００と、クリップ体１５０とを備える。より具体的には、クリップ体１５０の一方の端部に電位検出部１００が、他方の端部に基準電位部２００が配置されることで生体電極１０が構成されている。

電位検出部１００は、ユーザの外耳道の内壁上で電位を検出して脳波を示す生体信号として取得するための導電体からなる。ここでの導電体の例としては銀、塩化銀が挙げられるがこれらに限定されず、人の皮膚に刺激のないものであれば、その他の金属、又は導電性ゴム、溶媒を含ませたスポンジ等その他の各種の導電体も含まれる。なお、生体電極１０の使用時には、皮膚への接触性を向上するためのゲル又はペーストが併用されてもよい。

クリップ体１５０は、屈曲した板又は棒の形状を有する。クリップ体１５０は弾性的な材料で構成されてクリップ力を発揮する。材料のより具体的な例としては、ナイロン、ポリプロピレン、エチレン・酢酸ビニル樹脂等の樹脂類が挙げられる。使用時には、基準電位部２００が配置されている端部をユーザの外耳道の外に残し、屈曲を広げるようにしながら電位検出部１００が配置されている端部を外耳道に挿入する。

図２Ａは、上記のように装用された生体電極１０の態様の一具体例を示す模式図である。図２Ａに示されるように、基準電位部２００はユーザの左耳の外耳道の外に残って耳介の外側に位置し、電位検出部１００は外耳道の中に入る。図２Ｂで、生体電極１０のこの装用の態様における電位検出部１００及び基準電位部２００の位置をさらに示す。図２Ｂに示されるように、電位検出部１００はユーザの左耳の外耳道の壁の上側（頭側）で外耳道の壁と接触する。基準電位部２００は耳介の中で外耳道の上側（頭側）にある、三角窩と呼ばれる場所で耳介と接触する。なお、本明細書での外側、上側、同側等の方向を示す表現は、解剖学で用いられる意味で用いられる。電位検出部１００と基準電位部２００とがこのような位置関係にあるとき、クリップ体１５０はそのクリップ力（図２Ｂのブロック矢印）で、耳介と外耳道の壁とからユーザの頭部を挟む。このように発揮されるクリップ体１５０のクリップ力によって、電位検出部１００及び基準電位部２００の位置が固定される。これらの位置で、基準電位部２００は、電位検出部１００が検出する電位の基準となる電位をユーザに印加し、電位検出部１００は、当該電位を基準とする外耳道の壁において接触する部分の電位を検出する。この電位は、この部分の付近で起こるユーザの生体活動、例えば脳又は筋肉の活動に応じて変化するものであり、脳波又は筋電位を示すものとして利用可能である。

なお、生体電極１０の装用の態様には、図２Ａ及び図２Ｂに示される例に限定されない。生体電極１０は、ユーザの耳介又は耳介の周辺部と当該耳介から通じる外耳道の壁とから、クリップ力でユーザの頭部を挟むことで電位検出部１００を外耳道の壁に、基準電位部２００を耳介又は耳介の周辺部に接触させればよい。

基準電位部２００は、例えば図３に斜線の領域として示す、耳介又は耳介の周辺部にある領域Ａ１、Ａ２、Ａ３又はＡ４に位置し得る。領域Ａ１は、外耳道の開口と同側にある目との間の領域である。このとき電位検出部１００は、外耳道の壁の前側上寄りの位置で外耳道の壁と接触する。領域Ａ２は、耳介上の三角窩にある領域である。これらのように電位検出部１００が上寄りの位置で外耳道の壁と接触する装用の態様は、例えばユーザの脳波の計測を目的として選択される。領域Ａ３は、領域Ａ１の下側、又は耳介の前側にある耳珠のさらに前方であって、目より後方の領域である。図４は、基準電位部２００が領域Ａ２にある場合の生体電極１０の装用の態様を示す模式図である。このとき電位検出部１００は、外耳道の壁の前側下寄りの位置で外耳道の壁と接触する。領域Ａ４は、外耳道の開口の下方にある耳朶にある領域である。図５は、基準電位部２００が領域Ａ４にある場合の生体電極１０の装用の態様を示す模式図である。このとき電位検出部１００は、外耳道の壁の下側で外耳道の壁と接触する。これらのように電位検出部１００が下寄りの位置で外耳道の壁と接触する装用の態様は、例えばユーザの咀嚼に用いられる筋肉の計測を目的として選択される。

このように装用される生体電極１０は、ユーザの外耳道の開口に占める割合が従来よりも抑えられている。したがって、ユーザの聞こえに与える悪影響はより小さい。また、ユーザの外耳道の壁に当たって力を加える部分もより限られているため、ユーザに不快感を与えにくい。

なお、電位検出部１００及び基準電位部２００は、その皮膚との接触面積が大きいほど接触インピーダンスが下がるため、これらの電極を用いる装置又はシステムの性能向上につながる。図１から図５までに示される電位検出部１００及び基準電位部２００の大きさ及び形状は例であり、本発明を限定するものではない。また、電位検出部１００及び基準電位部２００の大きさ及び形状は異なっていてもよい。

図６は、生体電極１０を含む生体信号測定システムの機能構成例を示すブロック図である。本実施の形態に係る生体信号測定システム１は、生体電極１０と、情報処理装置３０とを備える。

生体電極１０は、上述の電位検出部１００、基準電位部２００及びクリップ体１５０に加えて、さらに増幅器１２０、アナログ−デジタル変換器（以下及び図中では、ＡＤ変換器と記載する）１４０、通信部１６０、及び電源部２２０を備える。なお、増幅器１２０、ＡＤ変換器１４０、通信部１６０は、電力の供給を受けるように及び電源部２２０と接続されてクリップ体１５０に収容されてもよく、図１から図５では生体電極１０の外観には現れていない。

増幅器１２０は、電位検出部１００が検出した電位を入力信号として受け取り、この入力信号を増幅して出力する増幅回路である。

ＡＤ変換器１４０は、増幅器１２０から出力された、電位検出部１００が検出した電位に基づく信号をデジタルの信号に変換して出力する電子回路である。

通信部１６０は、ＡＤ変換器１４０から出力された、電位検出部１００が検出した電位に基づく信号を外部に送信する無線通信モジュールである。この信号は、本実施の形態における生体信号の例である。

基準電位部２００は電位検出部１００で検出する電位の基準となる電位をユーザに印加し、例えば電位検出部１００の材料にも用いられ得る上述の導電体からなる。また、この例では、基準電位部２００は電源部２２０と接続されてグランドが取られることで、電位検出部１００で検出される電位の基準の電位を与える。

電源部２２０は電池に接続され、増幅器１２０、ＡＤ変換器１４０、及び通信部１６０にこの電池から電力を供給する。なお、ここでの電池としては、図１から図５までに示されるクリップ体１５０の内部に収容可能なボタン電池、シート電池、又はピン電池が例に挙げられる。また、電源部２２０は仕様に応じてＤＣ−ＤＣコンバータを含んでもよい。

情報処理装置３０は、生体電極１０の通信部１６０から送信された生体信号を受信し、生体信号の測定結果のデータとして保存したり、又はアプリケーションプログラムを実行してこの生体信号に分析などの所定の処理を行い、その処理の結果をユーザに提示したりデータとして保存したりする。これらを実現する情報処理装置３０は、通信部３６０、演算処理部３５０、提示部３３０、及び記憶部３１０を備える。

通信部３６０は無線通信モジュールを用いて実現され、生体電極１０から送信される生体信号を受信する。

演算処理部３５０はプロセッサを用いて実現され、をユーザの生体信号に所定の処理を行う生体信号処理部３５５を備える。また、生体信号処理部３５５は取得した生体信号又はその処理の結果を出力して、保存のために記憶部３１０に記録したり、提示部３３０を介してユーザに提示したりする。生体信号処理部３５５はプロセッサが所定のアプリケーションプログラムを実行することで実現される。

提示部３３０は、例えば液晶又は有機ＥＬ（Electro Luminescence）のディスプレイを用いて実現され、演算処理部３５０から出力される生体データをユーザに提示する。

記憶部３１０は、例えばハードディスク又はフラッシュメモリ等の記憶媒体を用いて実現され、演算処理部３５０から出力される生体データを記録する。

このような情報処理装置３０は、例えばスマートフォン、タブレットＰＣ、スマートウォッチ等の携帯情報機器で実現されて、生体電極１０を装用するユーザによって携帯されて、生体電極１０と随時通信する。ユーザは例えば情報処理装置３０を用いて、情報処理装置３０上で実行される所定のアプリケーションプログラムによって表示される画面を通じて自己の生体信号の現在の状態又は過去の記録を見ることができる。また、このアプリケーションプログラムには、生体信号の分析機能がさらに備わっていていてもよく、生体信号を分析することで分かるユーザの状態が画面を通じてユーザに提示されてもよい。ここでいうユーザの状態の例としては、緊張度−リラックス度、覚醒−眠気が挙げられる。または、アプリケーションプログラムによって勉強又は睡眠など何らかの行動に適した状態であるか否かの判定、てんかんなどの脳波に関わる何らかの身体症状の兆候の発生の可能性の評価等がなされて、その結果が提示されてもよい。なお、情報処理装置３０として使用される携帯情報機器はスマートフォンのような汎用性の高い端末機器でなくてもよく、携帯型のゲーム機、又は専用の携帯型若しくはウェアラブル情報端末であってもよい。

上記のとおり説明した本実施の形態に係る生体電極１０は、クリップ体１５０と、導電体からなり、クリップ体１５０の外耳道に挿入される部分に配置される電位検出部１００と、導電体からなり、クリップ体１５０の外耳道に挿入されない部分に配置される基準電位部２００とを備える。生体電極１０は、クリップ体１５０が耳介又は耳介の周辺部と当該耳介から通じる外耳道の壁とからユーザの頭部を挟む。このとき電位検出部１００は、外耳道の内壁に接触し、基準電位部２００は耳介又は当該耳介の周辺部と接触する。

このような生体電極１０は、また、従来の生体信号取得用電極よりも外耳道の開口を塞ぐ割合が小さいため、ユーザの聞こえに与える悪影響が小さく、ユーザの日常生活に不十分な聞こえに起因する不便を生じさせにくい。また、ユーザの外耳道の壁に当たって押す力を加える部分が小さいため、ユーザに与える不快感が抑えられている。

例えば、電位検出部１００は外耳道の壁の上側で外耳道の壁と接触し、基準電位部２００は、三角窩で耳介と接触してもよい。これにより、生体電極１０はユーザの脳波を検出することができる。また、電位検出部１００は外耳道の壁の前側で外耳道の壁と接触し、基準電位部２００は、耳介より前方であってユーザの目より後方の領域で耳介の周辺部と、又は当該耳介の一部である耳朶と接触してもよい。これにより、生体電極１０はユーザの咀嚼に用いられる筋肉の筋電位を検出することができる。

また、生体電極１０は、電源である電池から電力の供給を受ける通信部１６０をクリップ体１５０の内部にさらに備えてもよい。通信部１６０は、電位検出部１００が検出した電位に基づく信号、例えば増幅及びデジタル変換の処理がなされて得られた信号を生体信号として外部に送信する。

これにより、生体電極１０で取得された生体信号を、生体電極１０の外部の機器において生体データとして処理又は記憶させることができる。

生体電極１０は、例えば生体信号処理部３５５とともに、生体信号測定システム１を構成してもよい。生体信号処理部３５５は、通信部１６０から送信された生体信号を取得し、この生体信号に分析などの所定の処理を行う。

このような生体信号測定システムのユーザは、例えば起きている間は眼鏡のように長い時間にわたって生体電極１０を装用し、日常生活を送りながら自己の生体信号の記録を取ることができ、また、自己の携帯情報端末上で随時その記録を利用することができる。これにより、自己の心身の状態に関する客観的な指標に基づく情報を得ることができ、効率的な活動又は健康の管理に役立てることができる。

（変形例）
生体電極及びこれを含む生体信号測定システムについて、実施の形態に基づいて上記のとおり説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。次に、その変形例をいくつか挙げる。

また、図１から図５では、生体電極１０はユーザの左耳に装着されるもののみが示されるが、例えば右耳と左耳との両方に生体電極１０が装用されてもよい。この場合、情報処理装置３０では、ユーザの左右の側頭部それぞれから取得した生体信号の差分も利用することができる。

また、図１から図４に示されるクリップ体１５０はＬ字状に屈曲しているが、クリップ体はクリップ力でユーザの外耳道と耳介又は耳介周辺からユーザの頭部を挟むものであればよく、この形状に限定されない。例えばヘアピンのように、より大きく曲がるものでもよい。つまり、クリップ体１５０の屈曲の程度及び形状は、図１から図４に示される例に限定されず、クリップ体１５０の材料、装用の態様、ユーザの外耳道、耳介又は耳介周辺の形状などに合わせて適宜異なるものが提供されてもよい。

また、クリップ体１５０の素材自体がもたらす弾性及びクリップ体１５０の形状でクリップ力を発揮するのではなく、クリップ体１５０がさらにばねを備えて、広げられると閉じる方向への力を発揮するものでもよい。また、クリップ体１５０の素材自体がもたらす弾性とばねが発揮する力との両方が作用してもよい。

また、上記の生体信号測定システム１では、生体電極１０と情報処理装置３０との間の距離が比較的近いため、通信部１６０と３６０との間での無線通信は例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）又は無線ＬＡＮといった近距離用の無線通信方式を用い得るが、これに限定されない。例えば情報処理装置３０は、ユーザから遠隔にあってインターネット等の通信網を介して接続される１台以上のコンピュータで実現されてもよい。この場合、通信部１６０は、情報処理装置３０との通信のために、携帯電話でのデータ通信に用いられる各種の通信方式に対応した通信モジュールである。

また、生体電極１０は図６に示される以外の構成要素を備えてもよい。例えばノイズフィルタ回路を備えてもよい。また、制御部及びバッファメモリを備えてもよい。

その他、実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

１ 生体信号測定システム
１０ 生体電極（生体信号取得用電極）
１００ 電位検出部
１５０ クリップ体
１６０、３６０ 通信部
２００ 基準電位部
２２０ 電源部
３５５ 生体信号処理部

Claims (5)

1. ユーザの耳介又は前記耳介の周辺部と当該耳介から通じる外耳道の壁とから、クリップ力で前記ユーザの頭部を挟むクリップ体と、
   前記クリップ体の前記外耳道に挿入される部分に配置され、前記外耳道の内壁と接触する導電体からなる電位検出部と、
   前記クリップ体の前記外耳道に挿入されない部分に配置され、前記耳介又は前記耳介の周辺部と接触する導電体からなる基準電位部とを備える
   生体信号取得用電極。
2. 前記電位検出部は、前記外耳道の壁の上側で前記外耳道の壁と接触し、
   前記基準電位部は、三角窩で前記耳介と接触する
   請求項１に記載の生体信号取得用電極。
3. 前記電位検出部は、前記外耳道の壁の前側で前記外耳道の壁と接触し、
   前記基準電位部は、前記耳介より前方であって前記ユーザの目より後方の領域で前記耳介の周辺部と又は前記耳介の耳朶と接触する
   請求項１に記載の生体信号取得用電極。
4. 前記クリップ体は、電源から電力の供給を受ける通信部をさらに備え、
   前記通信部は、前記電位検出部が検出した電位に基づく信号を取得し、前記信号を生体信号として外部に送信する
   請求項１から３のいずれか一項に記載の生体信号取得用電極。
5. 請求項４に記載の生体信号取得用電極と、
   前記通信部から送信された前記生体信号を取得し、前記生体信号に所定の処理を行う生体信号処理部とを備える
   生体信号測定システム。

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