JP6112534B2

JP6112534B2 - 脳波計測用電極、脳波計測用電極を備える脳波計測用電極付キャップ

Info

Publication number: JP6112534B2
Application number: JP2012115745A
Authority: JP
Inventors: 康成瀬; 隆志篠崎; 広明梅原
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2012-05-21
Filing date: 2012-05-21
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2032-05-21
Also published as: JP2013240485A

Description

本発明は、脳波計測用電極及びこの脳波計測用電極を備える脳波計測用電極付キャップに関する。

脳波をブレインマシンインターフェースとして利用するという研究は近年注目されており、医学的診断、神経科学分野の研究のみならず、工学的分野の研究及び応用においても幅広く利用されることが期待されている。

脳波を計測するためには、脳波計測用の電極が頭部に接触する必要がある。現在、多チャンネル脳波計測法として一般的に利用されている形態は脳波キャップに脳波計測用電極が多数付属しており、それをかぶって計測するというものである。しかし、この形態の問題点は、頭の形は人それぞれで異なっていることから、脳波キャップの形が必ずしも頭部にフィットするわけではないため、電極が頭部に接触しない部位が出てくる点である。

これまでは、この接触しない部分に伝導性のジェルを入れることで接触させてきた。しかし、ジェルを利用してしまうと頭髪が汚れてしまうことにより、ユーザビリティが悪く、また、装着にも時間がかかる。例えば、電極一つあたり、１〜２分程度要するため、一般的な２０チャンネルであれば２０〜４０分程度の時間がかかる。

それ故、現在はジェルを利用しない電極、すなわちドライ電極が開発されているが、ドライ電極と頭皮との間の導通の確保のためにこのドライ電極をいかに頭部に接触させるかということが問題となっている。伝導性のジェルの場合は、当該ジェルが髪の毛の間や裏に入っていくため髪の毛が電極と頭皮との間に存在しても電極及び頭皮間の導通が確保される。しかし、当該ジェルを使わないドライ電極タイプでは、髪の毛の間にうまく入っていき頭皮との間の導通を確保できる電極の形状を考案することも重要となってくる。

従来の脳波の計測技術には上記で述べたように、ジェルを利用して電極を頭皮に接触させて脳波を計測する技術（例えば非特許文献１、３参照）とジェルを使わずドライ電極を利用して脳波を計測する技術（例えば非特許文献２）がある。また、特開２０１１-１２０８６６においては頭部に接する突起部分が、導電性を有する高分子組成物や金属材料で形成されている脳波測定用電極が開示されている。

特開２０１１−１２０８６６号公報

インターネットホームページ、ｇ.ｔｅｃｍｅｄｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ社[平成２４年２月１７日検索] 「ｇ.ＬＡＤＹｂｉｒｄ」ｈｔｔｐ://ｗｗｗ.ｇｔｅｃ.ａｔ/Ｐｒｏｄｕｃｔｓ/Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ-ａｎｄ-Ｓｅｎｓｏｒｓ/ｇ.Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ-Ｓｐｅｃｓ-Ｆｅａｔｕｒｅｓインターネットホームページ、ｇ.ｔｅｃｍｅｄｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ社[平成２４年２月１７日検索] 「ｇ.ＳＡＨＡＲＡｅｌｅｃｔｒｏｄｅ（１６ｍｍ）」ｈｔｔｐ://ｗｗｗ.ｇｔｅｃ.ａｔ/Ｐｒｏｄｕｃｔｓ/Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ-ａｎｄ-Ｓｅｎｓｏｒｓ/ｇ.Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ-Ｓｐｅｃｓ-Ｆｅａｔｕｒｅｓインターネットホームページ、ｇ.ｔｅｃｍｅｄｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ社[平成２４年２月１７日検索] ６３頁目ｈｔｔｐ://ｗｗｗ.ｇｔｅｃ.ａｔ/ｃｏｎｔｅｎｔ/ｄｏｗｎｌｏａｄ/４９３２/４０２０６/ｖｅｒｓｉｏｎ/２/#

非特許文献１及び３に開示されているジェルを利用して脳波を計測する技術における電極には、ジェルにより電極と頭皮との間の導通が確保された結果、すべての電極から脳波を計測できるという利点がある。しかし、ジェルにより頭髪が汚れ洗髪が必要となったり、当該電極１つ１つにジェルを注入していくため全部装着するには時間がかかり被験者に負担を強いるといった問題がある。一方、非特許文献２に開示されているジェルを使わずドライ電極を利用して脳波を計測する技術における当該電極は、ジェルを使用する場合と比較すると頭髪も汚れず装着の時間も短いためユーザビリティに優れているという利点がある。しかし、頭の形が人それぞれで異なることから、電極が頭皮に接触しない部位がでてきてしまい、その部分では脳波を計測できないという問題がある。その結果、適正な検査結果を得ることができず検査をやり直さなければならないといった事態が発生する。また、電極と頭皮との間に挟まれる頭髪によって接触状態が不安定になりやすいため、髪の毛の間に電極が進入できる必要もある。非特許文献２に開示されている電極においては、髪の毛の間に進入できるようにするために、突起部を有する剣山型電極となっている。

特許文献１に開示されている脳波測定用電極は、突起部分が高分子組成物の伝導性ジェルの場合は可撓性を持ち、当該突起部分が金属材料の場合には伸縮性を持つ脳波測定用電極の発明である。電極の突起部分に高分子組成物の伝導性ジェルを用いた場合は可撓性を持っているため髪の毛の間に入りやすく導通を確保することができ、頭皮に当たっている部分の痛みが軽減されるという効果がある。しかし、高分子組成物の伝導性ジェルは従来のジェルとは異なり頭髪に残りにくいとはいえ、当該伝導性ジェルの突起部分が頭皮や頭髪と接した時には汚れてしまいクリーム状のベタベタとした感じが残る。また、突起部分が金属材料である電極においては、電極から出ている伝導のための突起部分自体は伸縮可能ではなく、突起部分の周囲にばねをつけることで伸縮可能としているため、伸縮性はあるが突起部分自体に可撓性を出すことができない。したがって、電極が頭髪の間に入りにくいことが考えられ、頭皮との接触状態が不安定であることから適正な検査結果が得られないおそれがある。さらにこの可撓性がないことにより、当該金属の突起部分の先端に何らの加工もされていないこととも相まって頭皮と接触する部分の痛みが被験者に生じることが考えられる。つまり、特許文献１においては、頭髪が汚れず、伸縮性を備えさらに可撓性をも備えた脳波測定用電極は開示されていない。

本発明は、上記の事情に鑑みなされたもので、頭の形の違いを吸収するために伸縮性を持ち、さらに頭髪の間に入りやすくしたり頭皮と接触している部分の痛みを軽減するために可撓性をも持つことで頭皮と電極との間の導通が確保される脳波計測用電極を、頭髪が汚れることがない金属のもので提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の脳波計測用電極は、金属板と、上記金属板から立設する円筒部材と、上記円筒部材の内径よりも小さな外径を有し、該円筒部材に軸方向に圧縮可能に収容され、基端が前記金属板に接する金属ばね部と、前記円筒部材の外に位置して計測対象に接触可能であって、上記金属ばね部の自由端に金属線部を介して揺動及び旋回可能に連なる金属製の球状先端部とを備え、前記金属線部の直径は、前記球状先端部の直径及び金属ばね部の外径より小さく、前記円筒部材内に位置する状態においては該金属線部と該円筒部材の内周面との間に隙間が形成されており、該金属線部は前記金属ばね部との接触点を中心に揺動及び旋回可能であることを特徴としている。

また、本発明の脳波計測用電極は、１の金属板から複数の円筒部材が立設し、各円筒部材には金属ばね部が収容され、該金属ばね部には金属線部を介して球状先端部が連なることを特徴としている。

また、本発明の脳波計測用電極は、前記円筒部材の長手方向の長さよりも前記金属ばね部の長手方向の長さが長いことを特徴としている。

また、本発明は、以上に述べた脳波計測用電極を備える脳波計測用電極付キャップである。

本発明によれば次の効果を奏する。

本発明の脳波計測用電極は、金属板と、上記金属板から立設する円筒部材と、上記円筒部材の内径よりも小さな外径を有し、該円筒部材に軸方向に圧縮可能に収容され、基端が前記金属板に接する金属ばね部と、前記円筒部材の外に位置して計測対象に接触可能であって、上記金属ばね部の自由端に金属線部を介して揺動及び旋回可能に連なる金属製の球状先端部とを備え、上記金属線部の直径は、上記球状先端部の直径及び金属ばね部の外径より小さく、前記円筒部材内に位置する状態においては該金属線部と該円筒部材の内周面との間に隙間が形成されており、該金属線部は前記金属ばね部との接触点を中心に揺動及び旋回可能であるため、脳波の測定の際には頭の形の違い、すなわち凹凸を吸収しつつ電極と頭皮間との導通を確保することができる。また、当該脳波計測用電極は金属から成るため頭髪が汚れない。さらに、先端部が球形であるため頭皮と接触している部分の痛みが軽減される。

また、本発明において脳波計測用電極は、１の金属板から複数の円筒部材が立設し、各円筒部材には金属ばね部が収容され、該金属ばね部には金属線部を介して球状先端部が連なるため、高精度で脳波の計測を行うことが可能になる。

また、本発明において脳波計測用電極は、前記円筒部材の長手方向の長さよりも前記金属ばね部の長手方向の長さが長いため、金属ばね部に連なる金属線部と先端部の移動量が大きくなることにより可撓性を更に発揮することができる。

また、本発明の脳波計測用電極を備える脳波計測用電極付キャップにより、伸縮性と可撓性を併せ持った当該脳波計測用電極を備えた脳波キャップを提供できる。よって脳波の測定の際、当該脳波計測用電極付キャップをかぶるだけで頭の形の違いを吸収しつつ電極と頭皮との導通を確保できる。かつ、金属製であることから頭髪が汚れないといったユーザビリティにも優れた脳波計測用キャップを提供できることとなる。

図１は、本発明の脳波計測用電極の形態を示す正面図である。図２は、同脳波計測用電極の形態を示す底面図である。図３は、同脳波計測用電極の使用状態を示す説明図である。図４は、本発明の脳波計測用電極の別形態の実施例を示す正面図である。図５は、同脳波計測用電極を備えた脳波計測用電極付キャップの使用状態を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る脳波計測用電極１の正面図である。本発明の脳波計測用電極１は、図１に示すように、導電性金属からなる電極部分２と、金属板３と、円筒部材４とを備える。ここで、導電性金属には、銀（Ａｇ）、プラチナ（Ｐｔ）、金（Ａｕ）などを用いることができる。当該電極部分２は金属ばねからなり、円筒部材４の内径よりも小な外径を有する金属ばね部２ａと、金属線部２ｂと球形の先端部２ｃからなる。ここで、金属ばね部２ａには例えばＳＵＳスプリングなどの金属ばねを用いることができる。次に、金属線部２ｂは、直径が０．５ｍｍほどでありここでは銀（Ａｇ）を用いている。当該金属線部２ｂは、電気絶縁性を持たせるために例えばカシュー塗料によりコーティングがなされている。さらに、球形の先端部２ｃは球形部分の直径が１ｍｍほどであり、ここでは銀（Ａｇ）を用いている。一方、金属ばね部２ａ及び金属線部２ｂの直径は１ｍｍ以下となっている。ここで、金属ばね部２ａは一端が金属板３に接しており、他端には金属線部２ｂを介して連なる球状の先端部２ｃを備えている。そして当該電極部分２中の金属ばね部２ａは、金属板３に当接する例えばアクリルパイプなどの合成樹脂、あるいはシールドのような導電体からなる円筒部材４の中に圧縮可能に収納されている。ここで、当該金属板３は当該円筒部材４に対し垂直に当接されている。なお、当該金属板３の上面はプリアンプとの導通部となっている。

ここで、金属板３に当接した金属ばね部２ａ自体が金属ばねであることから脳波計測用電極１は伸縮性を有する。そして、当該脳波計測用電極１を使用していない状態では当該金属ばね部２ａは長いままであるが装着した際は、金属板３に当接した円筒部材４の中で縮むことにより頭部に接触するため、個人の頭部の形の特異性を吸収することができる。よって、頭部の形の特異性により従来技術においては電極が頭皮に接触しない部位があり、その部分では脳波が計測できない場合であっても、脳波が測定できることになる。さらに、金属ばね部２ａが金属ばねであることにより脳波計測用電極１は可撓性も有することになる。そして、電極部分２の金属ばね部２ａ及び金属線部２ｂの直径が１ｍｍ以下と細いことともあいまって先端部２ｃは揺動及び旋回しつつ頭髪の間に入り込み、頭皮に接することになる。したがって、伝導性のジェルを用いることなく頭髪を汚さずに電極及び頭皮間の導通が確保されることになる。さらに、電極と頭皮との間に挟まれる頭髪によって接触状態が不安定になることもなく適正な検査結果を得ることができる。なお、円筒部材４に覆われていない金属線部２ｂの長さにより、電極部分２が頭髪の間に入る際の移動量を調節することができる。

また、電極部分２の先端部２ｃが球形であるため、頭髪を汚すことがない金属でありながら頭皮と接触している部分の痛みが軽減されることになる。なお、円筒部材４には金属ばね部２ａが歪まないようにする効果もある。

図２は、本発明の実施形態に係る脳波計測用電極１の底面図である。本発明の脳波計測用電極１においては、電極部分２及び円筒部材４は複数本金属板３に設置することができる。図２では３本の電極部分２の金属線部２ｂと先端部２ｃと３本の円筒部材４及び金属板３が示されている。当該金属板３の直径は電極の大きさに合わせて様々なサイズが考えられ、例えば１０ｍｍにすることもできる。ここでは３本の当該電極部分２の内接円の中心と金属板３の中心とが一致するように３本の当該電極部分２を配置している。なお３本の当該電極部分２はできるだけ近い距離で配置するのが望ましい。

本発明の実施例においては電極部分２は３本となっているが、３本より多くなってもよい。複数本の電極部分２の内接円の中心と金属板３の中心とが一致するように電極部分２を配置することにより、狭いスペースの金属板３にできるだけ多くの電極部分２を配置することができる。なお、かかる場合は、当該内接円の内部にも電極部分２を配置することができる。

図３は、本発明の実施形態に係る脳波計測用電極１の使用例を説明するための図である。本発明の脳波計測用電極１は、図３に示すように脳波の測定時に、金属板３に当接した伸縮性を有する金属ばね部２ａが円筒部材４の中で縮み、球形の先端部２ｃが頭部５に接触して脳波を測定することができる。さらに、脳波計測用電極１が金属ばね部２ａによって可撓性も有することにより、髪の毛７の間や裏に入り込むため、髪の毛が電極と頭皮との間に存在しても電極及び頭皮間の導通が確保される。

図４は、本発明の実施形態に係る脳波計測用電極１の別形態の実施例である１ａを示す正面図である。本発明の脳波計測用電極１ａは、図４に示すように円筒部材４の長手方向の長さよりも金属ばね部２ａの長手方向の長さが長い。なお、他の部分は前記脳波計測用電極１と同一の構造である。したがって、脳波測定時に、金属板３に当接した金属ばね部２ａが円筒部材４の中で縮むことになるが、当該実施例においては金属ばね部２ａが円筒部材４の外に位置している。よって、金属ばね部２ａのうち円筒部材４の外に位置する部分が大きく弾性を有することにより、脳波計測用電極１ａは脳波計測用電極１と比較して大きな可撓性を発揮できる。したがって、脳波測定時において、脳波計測用電極１ａの金属ばね部２ａに連なる金属線部２ｂと先端部２ｃの髪の毛の中における移動量が脳波計測用電極１よりも大きくなる。よって、脳波計測用電極１ａは脳波計測用電極１よりも髪の毛の間により入りやすくなりさらに導通を確保することができる。なお、この実施例においては、脳波計測用電極１ａの金属ばね部２ａの堅さを調整することにより可撓性を調整することが可能である。

図５は、本発明の実施形態に係る脳波計測用電極１を備える脳波計測用電極付キャップ６内での使用例を説明するための図である。本発明の脳波計測用電極１は、図５に示すよう脳波の測定時に当該脳波計測用電極１が複数個取り付けられている脳波キャップ６を装着した際、金属板３に当接した伸縮性を有する金属ばね部２ａが半自動で円筒部材４の中で縮むため電極部分２の長さが変化し、球形の先端部２ｃが頭部５に接触することになる。したがって、個人の頭部の形の特異性が吸収されることになり、脳波を測定することができる。また、脳波計測用電極１が金属ばね部２ａによって可撓性も有することにより髪の毛の間や裏に入り込むため、髪の毛が電極と頭皮との間に存在しても伝導性のジェルを用いることなく頭髪を汚さずに電極及び頭皮間の導通が確保される。なお、個人の頭部から型取りしたオーダーメイドの脳波キャップを作成した場合であっても実際装着する際は髪の毛の量などにより、当該脳波キャップのフィット状態は変化する。よって、かかる場合は従来では電極が頭部に接触しないことが考えられる。しかし、このような場合でも本発明の脳波計測用電極１は伸縮性及び可撓性を有するため、電極および頭皮間の導通が確保され脳波を適切に計測することができる。なお、本実施形態では前頭部から後頭部にわたり頭全体の２０箇所ほどで脳波を計測する場合を想定して脳波キャップ６を使用している。しかし、簡易に脳波を計測する場合として、当該脳波計測用電極１を２〜３個ヘッドバンド状のものに設置し前頭部にて脳波を測定することや、ヘッドセット形状のものあるいは鉢巻状のものなどに当該脳波計測用電極１を設置し、例えば後頭部や、頭頂部など必要な部位のみにて脳波を測定することもできる。また、当該脳波計測用電極１を用いて１２８個や２５６個といった多くの電極を利用して高密度で脳波を計測することもできる。

図５の脳波計測用電極付キャップ６を用いて脳波を計測した場合を以下に説明する。頭部５の２０箇所に脳波計測用電極１を配置した場合、髪の毛をかき分ける作業を一電極あたり数秒行う程度ですべての箇所で脳波計測が可能となり、従来技術のジェルを利用するタイプの数十分の一の時間で装着が可能であった。また、従来技術の既存のドライ電極タイプのものでは頭部に接触しなかった部位があり脳波計測ができなかったものでも、当該脳波計測用電極１を利用することで接触可能となり脳波計測ができた。つまり、当該脳波計測用電極１が伸縮性と可撓性を有することにより、頭部の形状が特異性を有する場合であってもすべての電極から脳波を計測でき、かつ、金属製でありさらに伝導性のジェルを用いる必要がないため頭髪が汚れず装着の時間が短いというユーザビリティにも優れた従来技術の利点を併せ持った発明であることが確認された。

１,１ａ脳波計測用電極
２電極部分
２ａ金属ばね部
２ｂ金属線部
２ｃ先端部
３金属板
４円筒部材
５頭部
６脳波計測用電極付キャップ
７髪の毛

Claims

金属板と、
上記金属板から立設する円筒部材と、
上記円筒部材の内径よりも小さな外径を有し、該円筒部材に軸方向に圧縮可能に収容され、基端が前記金属板に接する金属ばね部と、
前記円筒部材の外に位置して計測対象に接触可能であって、上記金属ばね部の自由端に金属線部を介して揺動及び旋回可能に連なる金属製の球状先端部とを備え、
前記金属線部の直径は、前記球状先端部の直径及び金属ばね部の外径より小さく、前記円筒部材内に位置する状態においては該金属線部と該円筒部材の内周面との間に隙間が形成されており、該金属線部は前記金属ばね部との接触点を中心に揺動及び旋回可能であることを特徴とする脳波計測用電極。
１の金属板から複数の円筒部材が立設し、各円筒部材には金属ばね部が収容され、該金属ばね部には金属線部を介して球状先端部が連なることを特徴とする請求項１に記載の脳波計測用電極。
前記円筒部材の長手方向の長さよりも前記金属ばね部の長手方向の長さが長いことを特徴とする請求項１又は２の何れか１項に記載の脳波計測用電極。
請求項１〜３の何れか１項に記載の脳波計測用電極を備えることを特徴とする脳波計測用電極付キャップ。