JP6003437B2 - 生体信号測定電極及び生体信号測定装置 - Google Patents

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Description

本技術は、生体信号の測定に利用される生体信号測定電極及び生体信号測定装置に関する。
生体信号(脳波、筋電図等、生体から測定可能な各種信号)を測定するための生体信号測定電極は、生体表面に接触し、生体表面に電気的に接続されることによって生体信号を取得する。このような生体信号測定電極は、生体表面との電気的接続を確保するため、導電性液体を介して生体表面に接触するものが一般的である。
例えば、特許文献1に開示されている脳波測定用電極は、電解質溶液が含浸されたフェールトを有し、フェールトが被測定者の頭部に接触すると、電解質溶液を介して脳波を取得するように構成されている。
特開2008−302089号公報
しかしながら、被測定者の睡眠中の脳波を継続して測定する場合等、測定時間が長時間に及ぶ場合には、特許文献1に記載の脳波測定用電極や、同様の構成を有する既存の電極では、導電性液体が蒸発し、生体表面との電気的接続が維持できなくなるおそれがある。また、生体表面への電極の長時間の接触によって、生体表面に痛みが生じることも多い。加えて、特に睡眠中の脳波測定の場合には、被測定者が仰臥姿勢をとっても利用できる電極が望まれる。
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、長時間の測定に適した生体信号測定用電極及び生体信号測定装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本技術に係る生体信号測定電極は、保液部材と、電板と、被覆部材とを具備する。
上記保液部材は、弾性変形を生じ、導電性液体が含浸された保液部材であって、生体表面に接触する接触面を有する。
上記電板は、上記導電性液体に接触する。
上記生体信号測定電極は、弾性変形を生じ、上記接触面を除いて上記保液部材を被覆する。
この構成によれば、導電性液体が含浸された保液部材と、保液部材を被覆する被覆部材が共に弾性変形することにより、生体信号測定電極が生体表面に押圧された場合であっても、生体表面への痛みを低減することが可能である。また、生体信号測定電極が生体表面に対して振動を生じた場合であっても、保液部材と被覆部材が生体表面に追随し、継続して生体信号の取得が可能となる。加えて、被覆部材が保液部材を被覆することにより、保液部材に含浸された導電性液体の蒸発を抑制し、長時間に及ぶ生体信号の測定にも対応が可能である。
上記被覆部材は、上記導電性液体を透過しない材料からなるものであってもよい。。
この構成によれば、導電性液体(その蒸気も含む)が被覆部材を透過して被覆部材の外へ漏出することを防止することが可能であり、上記被複部材による被覆によって得られる蒸発の抑制効果に加え、さらに導電性液体の蒸発を有効に抑制することが可能である。
上記電板に接続する導電性部材をさらに具備し、
上記被覆部材は、上記導電性液体の上記導電性部材への接触を防止してもよい。
電板は、導電性液体と接触しても電位変化の小さい材料(銀塩化銀等)からなるものとすることが可能であり、これにより生体信号に電位変化ノイズが生じることを防止することが可能である。同時に、導電性液体が電板以外の導電性部材に接触すると、電位変化ノイズが生じるおそれがある。上記構成によれば、被覆部材によって導電性液体の導電性部材への接触を防止することが可能であり、即ち、生体信号に電位変化ノイズが生じることを防止することが可能となる。
上記被覆部材は、上記電板に密着することによって、その弾性力により上記導電性液体を封止してもよい。
この構成によれば、電板と被覆部材との間で導電性液体を封止することが可能であり、導電性液体の電板以外の導電性部材への接触を防止することが可能である。
上記被覆部材は、上記接触面に垂直な方向を伸縮方向とする蛇腹形状を有してもよい。
この構成によれば、蛇腹形状によって被覆部材を弾性変形させやすくすることが可能である。
上記目的を達成するため、本技術に係る生体信号測定装置は、生体信号測定電極と、装具とを具備する。
上記生体信号測定電極は、弾性変形を生じ導電性液体を保持する保液部材であって生体表面に接触する接触面を有する保液部材と、上記導電性液体に接触する電板と、弾性変形を生じ上記接触面を除いて上記保液部材を被覆する被覆部材とを有する。
上記装具は、上記生体信号測定電極を支持し、上記生体信号測定電極を生体表面に当接させる。
この構成によれば、装具が生体表面に押圧され、又は生体表面に対して振動した場合であっても、上述のように生体信号測定電極によって有効に生体信号を測定することが可能である。
上記装具は、上記生体信号測定電極を被測定者の頭部に当接させ、
上記生体信号測定電極は、上記被測定者の脳波を取得してもよい。
上述のように、当該生体信号測定電極は、生体表面への痛みを生じさせず、生体信号測定電極の振動に対して継続して生体信号を測定することができ、かつ、導電性液体の蒸発を抑制することができるものである。このため、当該生体信号測定電極は各種生体信号の測定に利用することができるが、特に脳波測定用電極としての利用に適するものである。
以上のように、本技術によれば、長時間の測定に適した生体信号測定用電極及び生体信号測定装置を提供することが可能である。
本技術の実施形態に係る生体信号測定装置の斜視図である。 同生体信号測定装置の外観図である。 同生体信号測定装置の外観図である。 本技術の実施形態に係る生体信号測定電極の断面図である。 同生体信号測定電極の分解斜視図である。 同生体信号測定電極の分解斜視図である 同生体信号測定電極の被覆部材の断面図である。 同生体信号測定電極の動作を示す模式図である。 同生体信号測定電極の変形例を示す模式図である。
本技術の実施形態に係る生体信号測定装置について説明する。なお、本実施形態に係る生体信号測定装置は、被測定者の頭部に装着され、脳波を取得する脳波測定用の装置であるものとする。しかしながら、本技術に係る生体信号測定装置は、脳波測定用の装置に限定されず、本技術は生体表面から生体信号を取得するあらゆる測定装置に適用することが可能である。
[生体信号測定装置の構成]
図1は、本実施形態に係る生体信号測定装置100の斜視図である。図2及び図3は、被測定者(図中、被測定者U)に装着された生体信号測定装置100を示す外観図であり、図2は被測定者Uの左側方からみた図、図3は被測定者Uの後方からみた図である。
これらの図に示すように、生体信号測定装置100は、装具101、電極102a〜102h、信号処理部103を有する。電極102a〜102h及び信号処理部103は装具101に取り付けられている。
装具101は、生体信号測定装置100を被測定者Uの頭部に接触させる。装具101の構成は任意であるが、被測定者Uの頭部形状に適合する形状とすることができ、電極102a〜102hを頭部に適当な押圧力で押圧することが可能なものが好適である。
電極102a〜102hは、被測定者Uの頭部に当接し、被測定者Uの脳波を取得する脳波取得用電極である。電極102a〜102hはそれぞれ、右眼電電極102a、左眼電電極102b、Cz測定電極102c、Pz測定電極102d、P4測定電極102e、P3測定電極102f、右基準電極102g、左基準電極102hであるものとすることができる。これらの配置(名称)は国際10/20法に準拠したものであるが、本実施形態に係る生体信号測定装置100においては必ずしもこの電極配置である必要はなく、必要に応じて異なる電極配置とすることも可能である。
電極102a〜102hは、後述する本技術に係る電極構造を有するものとすることができる。また、電極102a〜102hの全てが本技術に係る電極構造を有するものでなくてもよい。
右眼電電極102a及び左眼電電極102bは被測定者Uの両こめかみに当接し、眼電図(EOG:electro oculogram)を測定するための電極である。右眼電電極102a及び左眼電電極102bは、装具101から被測定者Uの左右こめかみに伸びるアーム104に設けられるものとすることができる。
Cz測定電極102cは、装具101の頭頂部に相当する位置に設けられ、被測定者Uの頭頂部に当接する電極である。Pz測定電極102dは、装具101の後頭部上方に相当する位置に設けられて、被測定者Uの後頭部上方に当接する電極である。
P4測定電極102eは、装具101の右側頭部上方に相当する位置に設けられ、被測定者Uの右側頭部上方に当接する電極である。P3測定電極102fは、装具101の左側頭部情報に相当する位置に設けられ、被測定者Uの左側頭部上方に当接する電極である。
Cz測定電極102c、Pz測定電極102d、P4測定電極102e及びP3測定電極102fはそれぞれ接触する位置の電位(脳波)を取得する。なお、これらの電極102c〜102fの数や配置は任意であり、脳波測定の必要に応じて設けられるものとすることができる。
右基準電極102gは装具101の右乳様突起に相当する位置に設けられ、被測定者Uの右乳様突起(右側頭骨の後下方部にある円錐状の突起)に当接する電極である。左基準電極102hは装具101の左乳様突起に相当する位置に設けられ、被測定者Uの左乳様突起(左側頭骨の後下方部にある円錐状の突起)に当接する電極である。右基準電極102g及び左基準電極102hは、上記各電極102a〜102fの基準電位を取得する。
上記各電極102a〜102hは、図示しない配線によって信号処理部103に電気的に接続されているものとすることができる。
信号処理部103は、上述のように各電極102a〜102hに接続され、各電極102aから102hの出力を処理し、各測定位置における被測定者Uの脳波を生成すると共に、生成した脳波を外部機器(PC等)に出力する。信号処理部103は、図示しない信号処理回路、無線通信回路、電池等を内蔵するものとすることができる。信号処理部103における脳波の生成は公知の信号処理によって実行されるものとすることができる。
[生体信号測定電極の構成]
上述のように、生体信号測定装置100の電極102a〜102hの一部又は全部は、以下に説明する電極構造を有するものとすることができる。以下の説明において電極102a〜102hに利用可能な電極を生体信号測定電極200とする。
図4は生体信号測定電極200の断面図であり、図5及び図6は生体信号測定電極200の分解斜視図である。これらの図に示すように、生体信号測定電極200は、保液部材201、被覆部材202、電板203、配線204、導電性部材205、第1絶縁性部材206及び第2絶縁性部材207から構成されている。
保液部材201は、弾性変形可能に構成され、導電性液体を含浸する。保液部材201は、スポンジ等の液体を保持することが可能であり、弾性変形が可能な材料からなるものとすることができる。また、保液部材201は、電解質を含むゲル状の材料からなるものとすることも可能である。保液部材201の形状は、円柱状とすることができるがこれに限定されず、角柱状、半球状等の各種形状とすることも可能である。また、保液部材201は、複数であってもよい。
図4に示すように、保液部材201の表面のうち、被覆部材202から露出し、生体表面に接触する面を接触面201aとする。なお、接触面201aは平坦面でなくてもよい。保液部材201に含浸される導電性液体は特に限定されず、食塩等の電解質が溶解した電解質溶液やイオン液体等とすることができる。
保液部材201に含浸されている導電性液体は、電板203に接触し、電板203に導通する。保液部材201は、図4に示すように電板203に直接接触しないものであってもよい。この場合、保液部材201が押圧されると、保液部材201から導電性液体が染み出し、電板203に導通する。また、保液部材201は、図9に示すように、電板203に直接接触するものとすることも可能である。
被覆部材202は、保液部材201を接触面201aを除いて被覆する。図7は、被覆部材202を示す断面図である。同図に示すように、被覆部材202は、被覆部202a、封止部202b及び係合部202cから構成されているものとすることができる。
被覆部202aは、保液部材201を被覆する部分であり、弾性変形可能に構成されている。被覆部202aは、接触面201aを露出させるための開口202dを有する筒状形状を有する。具体的には、被覆部202aは、接触面201aに垂直な方向を伸縮方向(後述)とする蛇腹形状(ベローズ形状)に形成されているものとすることができる。また、被覆部202aは、蛇腹形状に限定されず、円筒状形状やテーパー筒状形状とすることも可能である。
被覆部202aは、図4に示すように、保液部材201の大部分を被覆することが可能な長さを有し、開口202dの大きさが保液部材201と接触しない範囲でなるべく小さいものが好適である。これは、保液部材201に含まれた導電性液体の蒸発を効果的に防止するためである。なお、被覆部202aの長さは保液部材201の長さより長くてもよい。
封止部202bは、保液部材201に含浸されている導電性液体の、導電性部材205への接触を防止する。具体的には、封止部202bは、図4に示すように電板203に当接し、弾性力によって電板203に密着することによって、封止部202bと電板203の間で導電性液体を封止するものとすることができる。より詳細には、封止部202bは、第2絶縁性部材207と電板203によって挟持される環状の構造であり、それに対する弾性力によって電板203に密着するように構成されている。
係合部202cは、第2絶縁性部材207に係合することによって、被覆部材202を第2絶縁性部材207等に対して支持する。係合部202cの構造は特に限定されず、被覆部材202を支持可能な構造であればよい。
被覆部材202の材料としては、弾性変形が可能であり、導電性液体(その蒸気も含む)を透過しない材料、具体的にはシリコーンゴムやニトリルゴム等を利用することができる。被覆部材202の材料はこの他に、導電性液体の性質(親水性か親油性か等)や、被覆部材202に要求される柔らかさ等に応じて適宜選択することが可能である。
電板203は、保液部材201に含まれる導電性液体に接触し、この導電性液体に導通する。電板203は、導電性液体に接触しても、電位変化の少ない(酸化還元反応を生じにくい)材料、例えば銀塩化銀(Ag−Ag/Cl)やカーボンからなるものとすることができる。電板203は、電板203に接続された配線204を介して導電性部材205にも電気的に接続される。
このような構成によって、電板203のみが導電性液体に接触し、かつ導電性液体と導電性部材205とを電気的に接続することが可能である。導電性液体が電板203以外の導電性材料(導電性部材205等)に接触すると、電位変化が生じ、取得した生体信号に電位変化ノイズが生じてしまうので、導電性液体の電板203以外の導電性材料への接触は避けなければならない。上述のように、本実施形態においては、封止部202bによって、導電性液体が封止され、このような接触が防止されている。
配線204は、電板203に接続され、電板203と導電性部材205を電気的に接続する。配線204は任意の導電性材料からなり、図5及び図6に示すように第1絶縁性部材206に設けられた貫通孔206a及び導電性部材205に設けられた貫通孔205aに挿通され、導電性部材205に接続されるものとすることができる。
導電性部材205は、電板203と、外部(装具101に設けられた端子等)とを電気的に接続する。また、導電性部材205は、生体信号測定電極200を装具101(図1参照)に固定するための留め具として利用することも可能である。導電性部材205には、配線204が挿通される貫通孔205aが形成されている。導電性部材205は、第1絶縁性部材206によって電板203との直接の接触が防止され、貫通孔205aに挿通された配線204によって電板203と電気的に接続されるものとすることができる。導電性部材205は、任意の導電性材料からなるものとすることができ、その形状も特に限定されない。例えば、貫通孔205aが設けられず、配線204が導電性部材205に接続されるものとすることも可能である。
第1絶縁性部材206は、電板203と導電性部材205の直接の接触を防止する。第1絶縁性部材206は任意の絶縁性材料、例えば各種合成樹脂からなるものとすることができる。第1絶縁性部材206には、配線204を挿通させるための貫通孔206aが形成されるものとすることができる。また、第1絶縁性部材206は、図4に示すように、電板203を介して第2絶縁性部材206に嵌め込まれ、電板203を封止部202bに押圧することによって、封止部202bに封止のための弾性力を生じさせるものとすることが可能である。
第2絶縁性部材207は、第1絶縁性部材206や被覆部材202を支持ずる。第2絶縁性部材207は任意の絶縁性材料、例えば各種合成樹脂からなるものとすることができる。第2絶縁性部材207は、上述のようにその外周に係合部202cが係合されるものとすることができる。また、第2絶縁性部材207は、封止部202bを電板203と共に挟持するものとすることができる。
生体信号測定電極200は以上のような構成を有する。
[生体信号測定電極の動作]
図8は、生体信号測定電極200の動作を示す模式図である。図8において生体表面を生体表面Hとして示す。生体表面Hは、例えば上記被測定者Uの頭部表面である。なお、図8において図示は省略するが、生体信号測定電極200は装具101に取り付けられているものとする。
図8(a)は生体信号測定電極200が生体表面Hにわずかな押圧力によって押圧されている状態を示す。この状態では、保液部材201がわずかに変形し、含浸されている導電性液体を介して生体表面Hと導電性部材205が電気的に接続され、生体信号が取得される。
図8(a)に示す状態から、より強い押圧力で生体信号測定電極200が生体表面Hに押圧されると、保液部材201と被覆部材202(の被覆部202a)が生体表面に押圧されることによって、図8(b)に示すように保液部材201と被覆部材202が弾性変形する。被覆部202aは、接触面201aに垂直な方向(図8(b)に矢印で示す)を伸縮方向とする。生体信号測定電極200が生体表面Hに対して傾いた場合であっても、保液部材201及び被覆部202aは生体表面Hに追随して弾性変形する。
保液部材201及び被覆部202aがこのように弾性変形することによって、生体信号測定電極200が生体表面Hに押圧された場合であっても、押圧力が吸収され、生体表面Hにおいて痛みが生じない。また、装具101が生体表面Hに対して振動(生体表面Hに垂直な方向の振動及び生体表面Hに平行な方向の振動)を生じた場合であっても、接触面201aが生体表面Hへの接触位置を維持し、継続して生体信号の取得が可能である。
さらに、被覆部202aは、生体信号測定電極200が生体表面Hに押圧されている間は常に生体表面Hに接触する。これにより被覆部202aは、生体表面Hと共に、保液部材201を内包する空間を封止し、保液部材201に含浸されている導電性液体の蒸発を防止することが可能である。この導電性液体の蒸発防止効果は、被覆部材202を、当該導電性液体が透過しない材料からなるものとすることによってより有効となる。
以上のように本実施形態に係る生体信号測定電極200及び生体信号測定電極200を備える生体信号測定装置100は、生体信号測定電極200の生体表面への押圧による痛みを生じさせず、生体信号測定電極200の生体表面に対する振動に対しても生体信号の取得を継続することができる。さらに、導電性液体の蒸発を防止することが可能である。このため、生体信号測定電極200及び生体信号測定電極200を備える生体信号測定装置100は、生体信号測定に対して有効であり、特に長時間の生体信号測定に対して有効である。
生体信号測定電極200及び生体信号測定電極200を備える生体信号測定装置100を睡眠中の脳波測定に利用する場合においては、被測定者の睡眠を妨げる電極の接触による痛みや睡眠時の体動による電極の接触不良を防止することができる。さらに、長時間の測定による導電性液体の蒸発を抑制することが可能である。また、脳波測定においては、被測定者の後頭部に生体信号測定電極200が配置される(例えば図1のPz測定電極102d)場合がある。ここで、被測定者が仰臥姿勢にあり、枕等によって後頭部に配置された生体信号測定電極200に押圧力が加わっても、電極による痛みを生じさせないことが可能である。
本技術は、上記各実施形態にのみ限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲内において変更することが可能である。
なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。
(1)
弾性変形を生じ、導電性液体が含浸された保液部材であって、生体表面に接触する接触面を有する保液部材と、
上記導電性液体に接触する電板と、
弾性変形を生じ、上記接触面を除いて上記保液部材を被覆する被覆部材と
を具備する生体信号測定電極。
(2)
上記(1)に記載の生体信号測定電極であって、
上記被覆部材は、上記導電性液体を透過しない材料からなる
生体信号測定電極。
(3)
上記(1)又は(2)に記載の生体信号測定電極であって、
上記電板に接続する導電性部材をさらに具備し、
上記被覆部材は、上記導電性液体の上記導電性部材への接触を防止する
生体信号測定電極。
(4)
上記(1)乃至(3)のいずれか一つに記載の生体信号測定電極であって、
上記被覆部材は、上記電板に密着することによって、その弾性力により上記導電性液体を封止する
生体信号測定電極。
(5)
上記(1)乃至(4)のいずれか一つに記載の生体信号測定電極であって、
上記被覆部材は、上記接触面に垂直な方向を伸縮方向とする蛇腹形状を有する
生体信号測定電極。
(6)
弾性変形を生じ導電性液体を保持する保液部材であって生体表面に接触する接触面を有する保液部材と、上記導電性液体に接触する電板と、弾性変形を生じ上記接触面を除いて上記保液部材を被覆する被覆部材とを有する生体信号測定電極と、
上記生体信号測定電極を支持し、上記生体信号測定電極を生体表面に当接させる装具と
を具備する生体信号測定装置。
(7)
上記(6)に記載の生体信号測定装置であって、
上記装具は、上記生体信号測定電極を被測定者の頭部に当接させ、
上記生体信号測定電極は、上記被測定者の脳波を取得する
生体信号測定装置。
100…生体信号測定装置
101…装具
102a〜102h…電極
200…生体信号測定電極
201…保液部材
202…被覆部材
203…電板
205…導電性部材

Claims (6)

  1. 弾性変形を生じ、導電性液体が含浸された保液部材であって、生体表面に接触する接触面を有する保液部材と、
    前記導電性液体に接触する電板と、
    絶縁性材料からなり、前記電板に当接する第1の絶縁性部材と、
    絶縁性材料からなり、前記第1の絶縁性部材が嵌め込まれる第2の絶縁性部材と、
    弾性変形を生じ、前記接触面を除いて前記保液部材を被覆する被覆部材であって、前記接触面に垂直な方向を伸縮方向とする蛇腹形状を有する被覆部と、前記電板と前記第2の絶縁性部材に挟持され、前記電板との間で前記導電性液体を封止する封止部と、前記第2の絶縁性部材に係合する係合部とを有する被覆部材と
    を有する生体信号測定電極。
  2. 請求項1に記載の生体信号測定電極であって、
    前記被覆部材は、前記導電性液体を透過しない材料からなる
    生体信号測定電極。
  3. 請求項1又は2に記載の生体信号測定電極であって、
    前記電板に接続する導電性部材をさらに具備し、
    前記被覆部材は、前記導電性液体の前記導電性部材への接触を防止する
    生体信号測定電極。
  4. 請求項3に記載の生体信号測定電極であって、
    前記被覆部材は、前記電板に密着することによって、その弾性力により前記導電性液体を封止する
    生体信号測定電極。
  5. 弾性変形を生じ、導電性液体が含浸された保液部材であって、生体表面に接触する接触面を有する保液部材と、前記導電性液体に接触する電板と、絶縁性材料からなり、前記電板に当接する第1の絶縁性部材と、絶縁性材料からなり、前記第1の絶縁性部材が嵌め込まれる第2の絶縁性部材と、弾性変形を生じ、前記接触面を除いて前記保液部材を被覆する被覆部材であって、前記接触面に垂直な方向を伸縮方向とする蛇腹形状を有する被覆部と、前記電板と前記第2の絶縁性部材に挟持され、前記電板との間で前記導電性液体を封止する封止部と、前記第2の絶縁性部材に係合する係合部とを備える被覆部材とを有する生体信号測定電極と、
    前記生体信号測定電極を支持し、前記生体信号測定電極を生体表面に当接させる装具と
    を具備する生体信号測定装置。
  6. 請求項に記載の生体信号測定装置であって、
    前記装具は、前記生体信号測定電極を被測定者の頭部に当接させ、
    前記生体信号測定電極は、前記被測定者の脳波を取得する
    生体信号測定装置。
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