JP4510027B2 - 人体からの電気的応答を計測する電極構造 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルに記載の電極構造に関する。
本発明は、また、計測用キャップおよび製造方法に関する。

従来技術によれば、特に頭の表面から行われる計測が、例えばＴＭＳ（経頭蓋的磁気刺激：ｔｒａｎｓｃｒａｎｉａｌ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ）試験で、電気的応答を計測する銀電極を使用して実施されており、電磁パルスが脳へと向けられ、その脳が生み出す応答が、脳波計（ＥＥＧ：ｅｌｅｃｔｒｏｅｎｃｅｐｈａｌｏｇｒａｐｈ）計測器を使用して計測される。実際には、従来技術による銀電極内の異なる材料間に、電気的極性をもつ界面が生じ、計測確度を低下させる干渉信号を引き起こす。

この現象を排除する目的で、銀電極は、塩素化される。この処置にもかかわらず、常に満足な結果が達成されるとは限らない。塩素化は、単に電極表面に作用を及ぼすにすぎないので、摩耗によって、または例えば電極を意図せず引掻くことによって除去されやすい。計測と計測との間に定期的に塩素化を実施しなければならないので、仕事が増加することになり、電極の連続使用が妨げられる。
従来技術による計測キャップでは、電極構造は、洗浄中に外れやすく、再び取り付けるのが困難である。

本発明は、以上で開示した現行技術の欠点をなくし、そのためにまったく新しいタイプの電極構造を作り出すことを目的とする。

本発明は、電極が小さいほど磁気刺激パルスによって誘導される電流が小さくなるという事実に基づいており、本発明では、電極構造の厚さ方向で電極を薄くし、また、電極構造に穴を設け、該穴の縁部に電極を配置して、該電極の長手軸が被計測体の平面と実質上平行になるようにすることによって、この事実を利用する。

他方では、本発明の好ましい一実施形態は、銀／塩化銀製の電極が使用される場合、電極全体が同一材料から成るので、電極が摩耗し、又は引掻かれた場合でも、電極表面がやはり実質上は変質しないという認識に基づく。

本発明の第３の好ましい実施形態は、スナップ嵌め式の取付けを使用して計測フードに設置できる、塩化銀ペレットから作製される小さい電極の使用に基づく。
より具体的には、本発明による電極構造は、請求項１の特徴記述部分に記載されていることを特徴とする。

次に、本発明による計測用キャップは、請求項１２の特徴記述部分に記載されていることを特徴とする。

次に、本発明による方法は、請求項１６の特徴記述部分に記載されていることを特徴とする。

本発明を用いると、大きな利点が得られる。
本発明による解決策によって、特に本発明による解決策が適切なＥＥＧ機器と同時に磁気刺激と併せて使用される場合、磁気刺激装置によって生成される磁気パルス中に、または該磁気パルスの少し後、通常は１〜５ｍｓ後に、強力な磁気パルスの後であっても電気的応答を計測できるようになる。

本発明による電極構造は、計測されている人と電極との間に安定な電気的接点を形成する。電極の取付構成は、コンパクトなサイズであり、したがってＴＭＳコイルを頭の表面に近接して設置することができる。コイルの有効距離は、約３０ｍｍであり、誘導される有効電場は、距離が増大するにつれて急激に弱くなる。本発明による解決策によって、作用を及ぼそうとする地点に近接してコイルを設置できるようになる。本発明を用いると、厚い電極取付構成を使用するときよりも通常５〜３０％強いＴＭＳ誘導電場を脳内に作り出すことが可能である。５〜３０％強い電場の値は、２〜３ｍｍの距離の差から計算されており、すなわち、電極の取付けが２〜３ｍｍ厚くなる場合、それに対応して、組織内でＴＭＳによって誘導される電場が弱くなる。

本発明の好ましい一代替形態によれば、電極構造１０は、完全に非磁性であり、すなわち、構造材料すべての磁化が非常に小さい。例えば、このことは、大きな利点であり、ＭＥＧ（脳磁図：ｍａｇｎｅｔｏｅｎｃｅｐｈａｌｏｇｒａｐｈｙ）デバイスと併せて実施される計測では必須要件でさえある。次に、ＭＥＧ互換性は、ＴＭＳおよびＥＥＧに加えてＭＥＧ計測も使用される実験室および用途で、大きな利点となる。非磁性構造は、また、ＥＥＧ計測がＭＲＩ影像法（磁気共鳴影像法：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）の間に実施される場合、例えば、ＦＭＲＩ（機能的磁気共鳴映像法：Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）試験と併せて実施される場合に、非常に重要である。電極構造（１０）は、その取外しに特殊な工具が必要になるものの、さらにその構成が脆弱な塩化銀電極（１）を衝撃、引掻き、および摩耗から保護するように構築される。

本発明による電極構造は、塩素化を必要とせず、したがって、電極構造内に計測を妨害する界面が形成されない。電極が摩耗したとき、その電気的特性は、変化していない。

さらに、電極構造には十分に大きな穴（６）があるので、電極を取り付けた後で、被試験者の皮膚の上の計測点をきれいにすることができる。

電極のサイズが小さく、コンパクトな形状であるので、磁気刺激コイルが電極内で強い電気駆動力を誘起しなくなり、したがって電場によって引き起こされる渦電流の形成が低減される。
以下で、添付図面に従って、実施形態の一例を用いて本発明を検討する。

図１に従って、本発明による電極構造を、下から、すなわち被計測体の方向から検討する。電極構造１０には、主部品２が含まれており、そこから計測用リード４が突き出ている。被計測体（通常は人の頭皮）から電極材料までの電気接点は、導電性のペーストを用い、穴６を通じて形成される。図によれば、電極構造１０は、実質上、円盤形である。

図２は、主部品に連結された係止部品３を示しており、これを用いて、後述する計測用キャップが該主部品と該係止部品との間でロックされる。内側表面が、被計測表面、例えば頭皮として定義される場合、係止部品３は、電極構造の外表面上に配置される。

図３は、計測用電極１０の構成をさらに詳細に示す。計測用開口部６は、構造全体を貫通して延びており、部品３は、係止つまみによって主部品２上にロックされている。銀／塩化銀製の電極１は、開口部６の縁部ぎりぎりのところに配置され、したがって穴６内で接触ペースト（図示せず）との接点を形成している。電極１は、通常、銀製のコネクタ・リード５を用いて計測用リード４に連結される。コネクタ・リード５も永久的にその一部を成す、電極１から計測用リード４への連結には、特殊な処置が必要であり、例えば、銀ワイヤ５には銀／塩化銀スパッタが存在してはならず、また、高温のはんだが焼結によって作製されたＡｇ−ＡｇＣｌ塊を融解させ、それとの界面を形成し、それが計測状況で干渉を引き起こす虞があるので、計測用リード４と銀線とのはんだ付けが電極１に触れてはならない。電極ペレット１は、通常、円筒形であり、したがって、その長手軸が被計測表面と平行になる。この位置合わせが、電極構造１０に、被計測表面１３と外表面との間ができる限り小さい、平らな寸法を与える。電極構造１０の厚さ方向での電極１の寸法は、本発明によれば小さく、好ましくは５ｍｍ未満であり、最も好ましくは２ｍｍ未満である。電極１の厚さという用語は、電極構造１０の厚さ方向寸法を指しており、言い換えれば、例えば、図３の左から右までの寸法になる。

この場合、計測状況という用語は、例えば、刺激パルスの後で実施される計測を指す。乾式機械加工される非磁性プラスチックが、プラスチック・コンポーネント２および３のための原材料として使用される。これは、マシニング・センタで使用される機械加工液が磁性材料を含有することがあり、それが計測を妨害するからである。
以下に与える値よりも小さい磁化値が達成される場合に、特に有利な結果が達成される。

電極構成が磁束の密度を計測するセンサから３ｃｍの距離のところで約５ｃｍの振幅で振動した場合、電極１０の振動によって引き起こされる磁束の密度のピーク値は、３０ナノテスラの直流磁場が存在する遮蔽室において、８０フェムトテスラ未満になるはずである。

図４によれば、主部品２の断面は、実質上、円形である。円形部品２には、係止部品３がその中でロックされる湾曲開口部が配置される。電極１は、電極構造内で穴６へと延びる。図によれば、脆弱な電極１は、主構造２の内側に密接している。

図５および図６は、本発明のさらなる詳細の斜視図を示す。したがって、係止部品３の上側表面は、実質上、円環形であり、被計測表面の反対側では均一な平面を形成する。

図７によれば、電極構造は、キャップ７内に一定の間隔で設置され、該キャップは、頭の周りに設置される。

計測用キャップの計測用リードは、干渉を低減するために、きつく、好ましくは螺旋状の束に巻かれている。さらに、本発明の好ましい一実施形態によれば、計測用キャップのアースおよび基準電極リードは、干渉を低減するために、きつく巻き合わされる。計測用リードを電極からキャップ１１の前部に向かって延ばすことによって、干渉をさらに低減することができる。

本発明の範囲内で、電極構造を円盤形状から外れた形状にすることができ、平らな角張った形状および楕円形も十分に可能である。主部品２と係止部品３との間に湾曲した表面を使用すると、より均一な係止効果が達成される。

本発明の好ましい一実施形態によれば、電極構造１０の電極１は、該電極１のすべての平面を通る断面が表面積１５ｍｍ^２未満、より好ましくは４ｍｍ^２未満になるほど、サイズが非常に小さい。

誘導によって引き起こされる電場ならびに電極１内で発生する渦電流を低減するために、小さいサイズが重要である。

本発明による一電極構造の下面図である。 図１による電極構造の側面図である。 本発明によるセンサの線Ａ−Ａに沿った側断面図である。 図２による電極構造の線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。 本発明による電極構造の分解組立斜視図である。 本発明による電極構造の斜視図である。 計測用キャップの上に配置された、本発明による電極構造の斜視図である。

Claims (14)

1. 導電性電極（１）を含む、人体からの電気的応答を計測するために、より広範な計測用構造（１１）に取り付けるための電極構造（１０）であって、
   前記電極（１）が、前記電極構造（１０）の厚さ方向に薄いものになるように成形されており、
   前記電極構造（１０）に穴（６）が設けられており、前記電極（１）が、その長手軸が被計測体の平面と実質上平行になるような形で、前記穴（６）の縁部に配置され、
   前記電極（１）が円筒状であり、そして、
   前記電極（１）の長手軸が、前記被計測体の平面と実質上平行であることを特徴とする電極構造。
2. 前記電極（１）が、前記被計測体と計測用電子機器との間に電気的に安定な界面を形成するように銀／塩化銀（Ａｇ−ＡｇＣｌ）から形成されることを特徴とする、請求項１に記載の電極構造（１０）。
3. 前記電極（１）が５ｍｍよりも薄く、最も好ましくは２ｍｍよりも薄いことを特徴とする、請求項１または２のいずれか１項に記載の電極構造（１０）。
4. 前記電極構造（１０）が、２部品スナップ嵌め機構（２、３）を使用して前記計測用構造（１１）に取り付けられることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電極構造（１０）。
5. 前記電極（１）が、純銀（Ａｇ）のワイヤ（５）を用いて計測用リード（４）に連結されることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電極構造（１０）。
6. 前記電極構造（１０）に穴（６）が設けられており、前記電極（１）が前記穴（６）の縁部に配置されており、前記穴（６）の直径が少なくとも２ｍｍ、最も好ましくは少なくとも４ｍｍであることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電極構造（１０）。
7. 前記電極構造（１０）が、湾曲開口部が形成された主部（２）と、前記主部（２）の前記湾曲開口部内にロックされる係止部（３）とから形成されることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電極構造（１０）。
8. 前記電極（１）が、前記電極（１）のどの平面に沿った断面も表面積１５ｍｍ^２未満、最も好ましくは４ｍｍ^２未満になるような、小さいサイズであることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電極構造（１０）。
9. 前記電極（１）が、銀／塩化銀塊（Ａｇ−ＡｇＣｌ）からの焼結によって製造されることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電極構造（１０）。
10. 前記構造が５ｍｍよりも薄く、最も好ましくは２ｍｍよりも薄いことを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の電極構造（１０）。
11. １つもしくは複数の電極構造（１０）と、前記電極構造に連結された、計測結果を計測用機器に伝達する電気的リード（４）とを含む、人体からの電気的応答を計測する計測用キャップ（１１）であって、前記電極構造（１０）が、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のもの、またはそれらの組合せであることを特徴とする計測用キャップ（１１）。
12. 前記計測用リードが、干渉を低減するために、螺旋状の束に巻かれていることを特徴とする、請求項１１に記載の計測用キャップ（１１）。
13. アースおよび基準電極リードが、干渉を低減するために、巻き合わされることを特徴とする、請求項１１または１２のいずれか１項に記載の計測用キャップ（１１）。
14. 前記計測用リードが、干渉を低減するために、前記電極から前記キャップの前部に向かって延ばされることを特徴とする、請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の計測用キャップ（１１）。

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