JP5481749B2 - 外耳道挿入型電極及び外耳道挿入型電極の作製方法 - Google Patents

Description

本発明は、前庭電気刺激手法において頭蓋内へ電流を入力する場合、または、脳波を計測する場合に用いる外耳道挿入型電極及び外耳道挿入型電極の作製方法に関する。

特許文献１記載のイヤホン型電極２０が前庭電気刺激手法において用いる外耳道挿入型電極として知られている。

図１に示すように、イヤホン型電極２０は、インイヤー式のイヤホン形状をしており、絶縁性材料で形成された、所定の厚さの円盤形状の基部５０の突出部として形成され、表面が導電性ゲル層６０で被われた、先端が球形の突出部５０Ａ（すなわち、イヤーパッドでありこの部分を電極として使用）を外耳道内部に挿入して、導電性ゲル層６０の電極を外耳道内の皮膚に密着させて用いる。なお、突出部５０Ａは、基部５０の中央部を突出形成したものに対して、導電性ゴムを巻き付け、その外周部に導電性ゲル層６０を形成し、外耳道内部にて皮膚との密着性を向上させている。

図１に示すイヤホン型電極２０を外耳道内に装着した状態で、ケーブル３０を介してこのイヤホン型電極２０に対して、電気刺激装置から感覚刺激電流を印加すると、従来の耳介または耳介後ろの乳様突起部（以下「耳介等」という）に皮膚表面電極を装着する場合に比べ、皮膚に接触する面積が少なくとも、同等以上の等価ゲインが得られることが知られている。

これは印加した感覚刺激電流が、直接外耳道内に流れるため、球殻状の抵抗体に拡散する漏れ電流（球殻状の抵抗体に拡散した電流の積分値）がほぼ無くなり、皮膚表面電極に比較して、より効率的に頭蓋内部の電流経路を流れるためと考えられる。

特開２００８−１８８１２１号公報

しかしながら、上述の従来技術では、粘性が高く湿った導電性ゲル層を装着するため、皮膚に張り付き、着脱が煩わしいという問題がある。また、粘性が高く湿った導電性ゲル層の皮膚への付着には不快感が伴うという問題がある。特に、外耳道に挿入する場合には、体の内部（利用者自身も確認しづらい部分）に対して、電極を着脱しなければならないため、体の他の部分（例えば、胸部等）に着脱するよりも、着脱の煩わしさ、及び、付着の不快感がともに大きくなる。導電性ゲル層に代えて、導電性ペースト等を用いた場合にも同様の問題が生じる。

なお、耳介等に皮膚表面電極を装着する場合、前述のように電流が球殻状の抵抗体に拡散するため、以下の問題がある。頭蓋内の脳組織や前庭組織等への電流路に関する抵抗が高いため（組織自体の抵抗が高く、また、電流路の経路長が長く抵抗が高い）、前庭電気刺激手法において、皮膚表面電極から頭蓋内に電流を入力する場合には漏れ電流を含んだ大量の電流量を必要とする。また、脳波計測手法において、皮膚表面電極から得られる値を基準電位点として利用する場合には、基準電位点が低いため、雑音（例えば、心電等の体の内部から発せられる雑音や被測定者の周りに存在する体の外部の電子機器等から発せられる雑音）の影響を受けやすくなる（つまり、雑音が混入しやすくなる）という問題がある。さらに、日常的に耳介等に皮膚表面電極をしていることによる外観の違和感（みっともなさ）がある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る外耳道挿入型電極は、外耳道の形状に合わせて変形する弾性体と、弾性体表面の少なくとも一部を覆い、導線に電気的に接続される導電層と、導電層表面を覆い、導電層よりも電気抵抗率が高く、外耳道の形状に合わせて変形する導電性柔軟層と、を備え、外耳道挿入型電極の外周面が外耳道内周面に接し、その接触圧で外耳道に電気的に接触する、ことを特徴とする。

本発明は、乾いた電極を外耳道に挿入するため、着脱の煩わしさやゲルやペーストの皮膚への付着による不快感なしに、イヤホン型電極と同様の効果を得ることができる。つまり、前庭電気刺激手法において、感覚刺激電流が、直接外耳道内に流れ、より効率的に頭蓋内部の電流経路を流れる（感覚刺激電流の量を減らしても耳介等に皮膚表面電極を層茶氏して大量の電流を流した場合と同様の効果が得られる）。また、脳波計測手法において、乾電極から得られる値を基準電位点として利用する場合には、基準電位点が高いため、雑音の影響を軽減できる（つまり、雑音が混入を軽減できる）という効果を奏する。さらに、電極が外耳道内部に挿入されるため、耳介等に皮膚表面電極を装着する場合と比べて、外観の違和感がないという効果を奏する。

従来のイヤホン型電極２０の斜視図。 外耳道挿入型電極１００の斜視図。 弾性体１１０の平面図。 （Ａ）は導体薄膜の平面図、（Ｂ）は導電層に導電性柔軟層を被覆した平面図。 先端部１１５以外の胴部外周を導電層で包囲した状態の斜視図。 外耳道挿入型電極１００’の斜視図。 外耳道挿入型電極２００の側面図。 （Ａ）は弾性体１１０の断面図、（Ｂ）は弾性体１１０に導電層２２０をコーティングした状態の断面図、（Ｃ）は（Ｂ）の導電層２２０に導電性柔軟層を被覆した状態の断面図、（Ｄ）は外耳道挿入型電極２００の断面図。 外耳道挿入型電極３００の断面図。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

＜外耳道挿入型電極１００＞
図２〜４を用いて実施例１に係る外耳道挿入型電極１００を説明する。外耳道挿入型電極１００は、弾性体１１０と導電層１２０と導電性柔軟層１３０を有する。

＜弾性体１１０＞
弾性体１１０は外耳道の形状に合わせて変形する。例えば、弾性体１１０の材料、形状、大きさ等は、従来の耳栓の材料、形状、大きさ等と同様にすればよい。例えば、弾性体１１０は弾性発泡ポリマー等を用いて形成され、その形状を先端部１１５及び胴部１１３を備える弾丸形状とし（図３参照）、その大きさを全長２０ｍｍ±５ｍｍ、直径１４ｍｍ±３ｍｍ程度とする。

＜導電層１２０＞
導電層１２０は、弾性体１１０の表面の少なくとも一部を覆い、さらに、導線に電気的に接続される。本実施例では、導電層１２０は、図４（Ａ）に示す短冊状の導体薄膜の一部（図４（Ａ）の破線の左側部分）からなり、導線９０は、短冊状の導体薄膜の導電層以外の部分（図４（Ａ）の破線の右側部分）からなる。さらに、導電層１２０は導体薄膜からなる線状の締結部１２３を備えてもよい。図２に示すように、先端部１１５以外の胴部１１３の外周を導体薄膜で包囲することで導電層を形成し（但し、図２において導電層１２０は後述する導電性柔軟層１３０により覆われているため、図示していない）、導体薄膜を綯うことで導線９０を形成する。なお、導電薄膜は、銅薄膜、金薄膜等である。

＜導電性柔軟層１３０＞
図４（Ｂ）に示すように、導電性柔軟層１３０は、導電層の表面を覆うように導電層上に形成される。導電性柔軟層１３０は、導電層よりも電気抵抗率が高く、外耳道の形状に合わせて変形する材料を用いる。例えば、導電性シリコン、導電性ゴム、導電性スポンジまたは導電性ウレタン等を用いて導電性柔軟層を形成する。なお、導電性柔軟層の電気抵抗率は、人間の皮膚の電気抵抗率（５ｋ〜５０ｋΩ・ｍ）と同程度が最適である。例えば、前庭電気刺激手法において頭蓋内へ電流を入力する場合に、導電性柔軟層の電気抵抗率が低すぎると、外耳道との接触箇所のうち、抵抗値が一番低い場所に電流が集中するため、その場所と接触する外耳道に強く痛みを感じる。なお、電気抵抗率と硬度の観点から導電性柔軟層の材料としては、導電性シリコンが最適であると考えられる。但し、本発明は、導電性柔軟層を導電性シリコンに限定するものではない。

＜作用・効果＞
このような構成とすることで、外耳道挿入型電極１００の外周面が外耳道内周面に接し、その接触圧で外耳道に電気的に接触する。よって、導線９０を各装置に電気的に接続すれば、この外耳道挿入型電極１００を外耳道に挿入して、前庭電気刺激手法において頭蓋内へ電流を入力することができ、また、脳波を計測することができる。その際、頭蓋内の脳組織や前庭組織等に対し電流路に関する抵抗が頭蓋骨よりも低いと考えられる内耳、中耳を経由する外耳道に電極を装着するため、以下の効果が得られる。前庭電気刺激時には漏れ電流を最小にすることができるので、前庭電気刺激時に用いる電流量を減らすことができる。また、外耳道挿入型電極１００から得られる値を脳波計測時の基準電位点として利用した場合は、耳介装着に比べ脳活電位の基準の雑音の混入を軽減できる。

さらに、本実施例では、ゲル状またはペースト状の粘性の高い湿った電極を用いず、導電性の柔軟材料（例えば、導電性シリコンなど）であって、皮膚抵抗に近い材料を皮膚界面の素材とすることで、乾電極を実現している。そのため、着脱の煩わしさや皮膚への付着による不快感はないという効果を奏する。

また、弾性体１１０及び導電性柔軟層１３０を外耳道の形状に合わせて変形するため、皮膚との接触部分である導電性柔軟層に角部分ができることを防ぐことができる。そして、外耳道挿入型電極が点接触ではなく、外耳道内周面に均一に接触する。これにより、電流密度が低くなるように広い面積で接触する。なお、弾性体１１０の先端部１１５は接触圧力が高くなる可能性があるため（点接触する可能性があるため）導体化しない構成としている。このような構成により、前庭電気刺激手法において、電流密度が高くなり痛みを与えることを防ぐことができる。なお、弾性体の硬度及び導電性柔軟層の硬度、厚さは、外耳道挿入型電極の外周面が、外耳道内周面に均一に接し、その接触圧で外耳道に電気的に接触する程度であれば良く、実験等により適宜設定する。例えば、弾性体及び導電性柔軟層の硬度は新ＪＩＳＫ６２５３規格でＡ２０−Ａ５０程度であり、導電性柔軟層の厚さは０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度である。また導電層の厚さは、十分に小さい抵抗を持ちつつ剥離しない程度であればよく、例えば、１−１００μｍ程度である。

仮に、弾性体１１０上に導電層１２０のみを形成した場合、前庭電気刺激手法において、導電層１２０に導線９０から一気に電流が流れ、導電層１２０と導線９０との接続部分近傍の電流密度が高くなり、装着者に痛みを与える可能性がある。また、弾性体１１０上に、導電層１２０を介さずに、直接導電性柔軟層１３０を形成した場合、前庭電気刺激手法において、導電性柔軟層１３０と導線９０との接続部分近傍のみ電流密度が高くなり、装着者に痛みを与える可能性がある。また、脳波計測時には、接続部分近傍を流れる電流しか検出できず、正確な脳波計測ができない。そのため、導電性柔軟層１３０全体に均一に電流が流れるように、導電性柔軟層１３０の下層に導電層１２０を形成する必要があると考えられる。

＜外耳道挿入型電極１００の作製方法＞
まず、弾性材（例えば弾性発泡ポリマー等）を用いて射出成形法等により成形し、外耳道の形状に合わせて変形する弾性体１１０を生成する。その際、弾性体１１０に先端部１１５と胴部１１３を設けてもよい（図３参照）。

次に、図４（Ａ）のように導体薄膜からなる線状の締結部１２３に一端が接続される短冊状の導体薄膜を生成する。

次に、図４（Ｂ）のように短冊状の導体薄膜の一部（導電層１２０）を導電性柔軟層１３０で覆う。

次に、図３の弾性体１１０の先端部１１５と胴部１１３の境界部分に、図４（Ｂ）の締結部１２３を巻きつけて固定する。縛って固定してもよいし、半田等を用いて固定してもよい。このようにすることで、先端部１１５以外の胴部１１３の外周を導体薄膜で包囲した部分が導電層１２０を形成する。

さらに、残りの導体薄膜を綯うことで導線９０を形成する（図２参照）。このようにして、外耳道挿入電極１００を作製することができる。

＜外耳道挿入型電極１００’の作製方法＞
同様の効果を奏する外耳道挿入型電極１００’の作製方法について説明する。まず、外耳道挿入型電極１００の作製方法と同様に弾性体１１０及び導体薄膜を生成する。

次に、導電層１２０を導電性柔軟層１３０で覆う前に、図３の弾性体１１０の先端部１１５と胴部１１３の境界部分に、図４（Ａ）の締結部１２３を巻きつけて固定する。

さらに、残りの導体薄膜を綯うことで導線９０を形成する（図５参照）。

最後に、図６のように弾性体１１０の胴部１１３及び胴部を覆う導電層１２０を導電性柔軟層１３０’で覆う。このようにして、外耳道挿入電極１００’を作製することができる。

＜その他の変形例＞
但し、必ずしも弾性体１１０の形状は弾丸状でなくともよい。単なる円柱状であってもよく、先端部１１５及び胴部１１３は、特定の部分の電流密度が高くならないように適宜設ければよい。

また、必ずしも締結部１２３は必要としない。例えば接着剤等を用いて、導体薄膜を弾性体１１０の表面に接着し、胴部１１３の外周を導電薄膜で包囲し、導電層を形成してもよい。

図７及び図８を用いて実施例２に係る外耳道挿入型電極２００を説明する。実施例１と異なる部分についてのみ説明する。

＜導電層２２０及び導電性柔軟層２３０＞
導電層２２０は、胴部１１３をコーティングする導体薄膜からなる（図８（Ｂ）参照）。

導電性柔軟層２３０は、導電層２２０上に皮膜形成される（図８（Ｃ）参照）。

＜外耳道挿入型電極２００の作製方法＞
実施例１と同様に弾性体１１０を生成する（図８（Ａ）参照）。

次に、弾性体１１０の胴部１１３を、イオンスパッタや真空蒸着などにより、導体薄膜（導電層２２０）でコーティングする（図８（Ｂ）参照）。

次に、導体薄膜上に導電性柔軟層２３０を、イオンスパッタや真空蒸着などにより、、皮膜形成する（図８（Ｃ）参照）。

さらに、ケーブル３０内の導線９０を半田等で導電層２２０と電気的に接続し、最後にプラスチック等により形成された保護部材４０で導線９０がむき出しになっている部分を覆う。

このような構成とすることで、実施例１と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施例では保護部材４０でむき出しの導線９０を覆い、電極が外耳道内部に挿入されるため、外観の違和感がないという効果を奏する。なお、実施例１の外耳道挿入型電極１００及び１００’においても保護部材４０を用いて導線部分を覆うことで、同様の効果を得ることができる。仮に耳介等に電極を装着する場合には、導線部分を覆ったとしても、この違和感を取り除くことはできない。

図９を用いて実施例３に係る外耳道挿入型電極３００を説明する。実施例２と異なる部分のみ説明する。外耳道挿入型電極３００のカナル型イヤホンと同形状である。例えば、従来のカナル型イヤホンの形状を示す文献として、参考文献１等がある。
［参考文献１］：特開２００９−２８４０９７号公報
外耳道挿入型電極３００は、例えば、カナル型イヤホンの弾性体３１０からなるイヤホンパッド部分に、導体薄膜（導電層２２０）を、イオンスパッタや真空蒸着などにより、コーティングし、さらに、導電層２２０上に導電性柔軟層２３０を、イオンスパッタや真空蒸着などにより、皮膜形成する。

例えば、外耳道挿入型電極３００は、ケース６１の筒状の収納部６１ａ内にスピーカ６３を収納する。スピーカ６３は、スピーカ用導線９１を介して電気信号が入力される。ケース６１は、収納部６１aの内周より小さい外周を有し、弾性体３１０を取り付けられる円筒状の突出部６１ｂを備える。

弾性体３１０はカナル型イヤホンにおいて用いるイヤホンパッド部分を形成する。つまり、突出部６１ｂの外周を囲むように取り付けられて外耳道に差し込まれたときに外耳道の全周にわたって外耳道表面との間に密着してしかも突出部６１ｂの外周を囲む環状空間３１０ａを形成するように構成される。弾性体３１０は外耳道に差し込まれたときに外耳道に通じる開口部３１０ｂを有する。

このような構成とすることで、カナル型イヤホンとの併用も可能である。この場合も実施例１及び実施例２と同様の効果を奏する。また外部の環境音などが聞こえることで、使用時における安全性の確保や、閉所感などの恐怖や不安の緩和が可能である。また、スピーカ機能を必要としない場合には、スピーカ６３及びスピーカ用導線９１を設けずに、外耳道挿入型電極を構成すれば、イヤホン機能以外は、外耳道挿入型電極３００と同様の効果を得ることができる。なお、カナル型イヤホンの形状は図９等に限定されるものではなく、従来のカナル型イヤホン（外耳道にイヤホンパッドを挿入するタイプのイヤホン）の形状であればよい。

なお、弾性体及び導電性柔軟層の硬度、厚さは、実施例１と同様に外耳道挿入型電極の外周面が、外耳道内周面に均一に接し、その接触圧で外耳道に電気的に接触する程度であれば良く、実験等により適宜設定する。例えば、弾性体の厚さは０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度である。

１００、２００、３００ 外耳道挿入型電極
１１０、３１０ 弾性体
１２０、２２０ 導電層
１３０、２３０ 導電性柔軟材

Claims (5)

1. 人間の外耳道に挿入する外耳道挿入型電極であって、
   外耳道の形状に合わせて変形する弾性体と、
   弾性体表面の少なくとも一部を覆い、導線に電気的に接続される導電層と、
   前記導電層表面を覆い、前記導電層よりも電気抵抗率が高く、外耳道の形状に合わせて変形する導電性柔軟層と、を備え、
   前記導電層は、当該外耳道挿入型電極の挿入方向に縞を形成するように縞模様状に配置され、
   前記外耳道挿入型電極の外周面が外耳道内周面に接し、その接触圧で外耳道に電気的に接触する、
   ことを特徴とする外耳道挿入型電極。
2. 請求項１記載の外耳道挿入型電極であって、
   前記弾性体は、先端部と胴部からなり、
   前記導電層及び導線は、短冊状の導体薄膜からなり、
   前記先端部以外の前記胴部外周を前記導体薄膜で包囲することで導電層を形成し、前記導体薄膜を綯うことで導線を形成する、
   ことを特徴とする外耳道挿入型電極。
3. 請求項１または２記載の外耳道挿入型電極であって、
   前記導電性柔軟層の電気抵抗率は５ｋ〜５０ｋΩ・ｍである、
   ことを特徴とする外耳道挿入型電極。
4. 人間の外耳道に挿入する外耳道挿入型電極の作製方法であって、
   外耳道の形状に合わせて変形する弾性材を用いて、先端部と胴部を備える弾性体を生成し、
   複数の短冊状の導体薄膜を生成し、
   短冊状の導体薄膜のうち、導電層となる部分を導電性柔軟層で覆い、
   前記先端部と胴部の境界部分に、前記短冊状の導体薄膜の一端を固定し、前記胴部の外周を導電層で、当該外耳道挿入型電極の挿入方向に縞を形成するように縞模様状に包囲し、
   導電層となる部分以外の導体薄膜を綯うことで導線を形成し、
   前記導電性柔軟層は、前記導電層よりも電気抵抗率が高く、外耳道の形状に合わせて変形する、
   ことを特徴とする外耳道挿入型電極の作製方法。
5. 人間の外耳道に挿入する外耳道挿入型電極の作製方法であって、
   外耳道の形状に合わせて変形する弾性材を用いて、先端部と胴部を備える弾性体を生成し、
   複数の短冊状の導体薄膜を生成し、
   前記先端部と胴部の境界部分に、前記短冊状の導体薄膜の一端を固定し、前記胴部の外周を導電層で、当該外耳道挿入型電極の挿入方向に縞を形成するように縞模様状に包囲し、
   導電層となる部分以外の導体薄膜を綯うことで導線を形成し、
   短冊状の導体薄膜のうち、導電層となる部分及び弾性体の胴部を導電性柔軟層で覆い、
   前記導電性柔軟層は、前記導電層よりも電気抵抗率が高く、外耳道の形状に合わせて変形する、
   ことを特徴とする外耳道挿入型電極の作製方法。

Images