JP6270040B2 - 脳波計測用電極、該電極を備える頭部装着装置及び該電極の作製方法 - Google Patents

Description

本発明は、脳波計測に適した電極、該電極を備える頭部装着装置及び該電極の作製方法に関する。

近年、脳科学の進歩により、人の思考や行動と脳活動との関係性について様々な研究がなされている。脳活動などの生体信号に着目して外部機器を制御したり、他者に意思を伝達したりするＢｒａｉｎ−Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ（ＢＭＩ）技術が注目されている。

本発明者は、脳活動の解析により意思を伝達できる意思伝達支援装置及び方法を開発してきた（特許文献１、２参照）。これらの特許文献で示したように、被験者の頭皮上脳波を記録する目的で、被験者に、脳波を測定するための脳波計電極を頭に装着する必要がある。例えば、脳波計電極を固定したヘッドキャップを用いることを示した。特許文献２で提案した脳波ヘッドキャップ一体型の超小型の８チャンネルの無線脳波計は、ネットや帽子を装着する感覚で、電極と入力装置とは無線で接続することにより、利用者の位置の自由度が高く小型化できる。無線化することにより、ケーブルがないため、ノイズレスで、安全でかつポータブルな脳波計測を可能とした。

本発明者は、さらに開発を進め、導電性ゾルを台座内に充填して使用する電極を提案した（特許文献３参照）。図５は、特許文献３に図示されている「脳波測定用電極の部位名称を示す使用状態の参考断面図」である。図６は、特許文献３に図示されている「ヘッドギア本体に取り付けた状態の参考斜視図」である。脳波測定に適した電極本体５０は、頭部に沿った形状をした硬質のヘッドギア本体５４に台座５１により取り付けて使用される。台座５１は頭部に沿って変形し得る可撓性合成樹脂製であり、電極本体５０上面の孔から導電性ゾルを台座内に充填してから脳波測定に使用する。電極本体５０はコネクタ５２を介してリード線５３に電気的に接続されている。図６は、コネクタやリード線を省略した図であり、電極本体５０と台座５１がヘッドギア本体５４に固定され、ヘッドギア本体５４に無線用の発信部５５が設けられている。

先行文献調査をしたところ、次のような特許文献があった。特許文献４では、頭部に被るプローブ装着具に、内蔵する脳波電極と電解液で半電池を構成し、チップから電解液が滲出する脳波測定用プローブを取り付ける構造が示されている。電極は例えば銀−塩化銀からなる電極板であり、チップは、ＫＣｌ等の塩化物水溶液からなる電解液がゲル化剤によってコロイド状にゲル化したものである。チップが電解液のゲル化したものであるので、電解液が過剰に滲出せず、測定時に頭髪を汚すことがないと記載されている。また、高分子吸水性樹脂をＥＶＡ等のバインダーでブロック上に成型し、電解液を含有できるものでもよいと記載されている（段落１３、１４参照）。特許文献５では、中央ボアが貫通するプラスチックグロメットからなる電極のボアに、導電性ゲルを充填することが示されている（段落８０参照）。

特開２０１２−０５３６５６号公報 特開２０１２−０７３３２９号公報 意匠登録第１４５６８８２号公報 特開平５−１６１６２１号公報 特表２００９−５１４６２９号公報

従来から、脳波計測用の電極及び該電極を頭部に装着するための器具について開発が進められているが、意思伝達装置等の実用化に向けて、より高品質の脳波を、簡便に記録できる電極が不可欠である。

脳波計測用に、電極部に導電性ゾルを使用する場合、たとえ局所的に使用しようとしても広がって頭部（頭髪）にべっとりと付着してしまい、不快感の強さ、ケアの手間、計測精度の悪さなどの問題があった。本発明者による特許文献３の脳波測定用電極は、これらの問題を最小限に抑えることを目的として開発したものであるが、さらに、導電性液体が髪の毛に広がる不要な量を十分減らすとともに、脳波計測の精度を向上させることが望まれる。

本発明は、これらの問題を解決しようとするものであり、脳波計測時の被験者や検査者等の使用者のユーザビリティを向上させることを目的とするものである。ユーザビリティとして、導電性液体が髪の毛に染み込む量を抑えること、検査後のケアが不要又は簡単であることなどがある。また、脳波測定の精度が高く高品質な脳波を検出できる電極及び該電極を備える頭部装着装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、前記目的を達成するために、以下の特徴を有する。

本発明の脳波計測用電極は、導電性ジェルを保持又は浸み込ませた繊維素材の塊からなる第１の電極と、前記第１の電極を開口部内壁で接触保持する筒状部を有する第２の電極とを備えることを特徴とする。前記筒状部は、例えば、クシ状、円筒状、たる状、四角柱状、多角柱状のいずれかであるか、これらの組み合わせであることが好ましい。即ち、前記筒状部は、例えば、クシ状、円筒状、たる状、四角柱状、多角柱状のいずれか１つ以上を含む形状であることが好ましい。

本発明の脳波計測用頭部装着装置は、本発明の脳波計測用電極を備えることを特徴とする。

本発明の脳波計測用電極の作製方法は、繊維素材の塊を導電性ジェルに浸して、該導電性ジェルが保持された又は浸み込んだ前記繊維素材の塊からなる第１の電極を、筒状の開口部内壁を有する第２の電極の前記内壁で接触保持させることを特徴とする。

本発明は、導電性ジェルを保持又は浸み込ませた繊維素材の塊からなる第１の電極と、前記第１の電極を開口部内壁で接触保持する筒状部を有する第２の電極とを備えることにより、脳波計測に関する基本性能を維持したまま、髪の毛に染み込む量を抑える等のユーザビリティを大きく向上させることができる。

従来、ジェルが徐々に流れ出して長時間の記録が難しいという問題があったが、本発明によれば、繊維素材の塊に導電性ジェルを染みこませたり、導電性ジェルの粘着性により該導電性ジェルが繊維素材に吸着されて担持されるようにすることにより、ジェルが流れ出ることがない。

従来は、粘性が強くて使いにくい導電性液体を、シリンジ等を使用して頭部装着用の電極内に流し込むという面倒な作業が必要であった。本発明によれば、導電性ジェルを染み込ませた繊維素材の略球状等の塊を、導電性の筒状の開口部内壁に接触保持するようにセットするだけでよいので、作業が簡単となり、脳波計測の準備にかかる時間を非常に少なくすることができる。

筒状部として、クシ状電極を用いる場合は、頭髪にクシが入り込みやすいので、より頭皮に接触固定でき、高精度に脳波を計測できる。

第１の実施の形態の脳波計測用電極の構造を示す概略図。 第１の実施の形態の脳波計測用電極の構造を示す概略図。 第１の実施の形態の脳波計測用電極のクシ状電極部を説明する斜視図。 第1の実施の形態の脳波計測用電極のクシ状電極部の（ａ）平面図（ｂ）クシ状側からの見た平面図（ｃ）正面図。 従来技術の脳波計測用電極の断面図。 従来技術の脳波計測用電極を取り付けたヘッドギア本体の斜視図。

本発明の実施形態について以下説明する。

本発明の脳波計測用電極は、導電性ジェルを保持又は浸み込ませた繊維素材の塊からなる第１の電極を、筒状の開口部内壁を有する第２の電極の前記内壁で接触保持させたものである。

第２の電極は、繊維素材を保持できる筒状の開口部内壁を有している。第２の電極は、導電性を有する。例えば、金属製、あるいは表面が導電性を有する樹脂製等で形成することができる。

本発明において、繊維素材の塊は、第２の電極の筒状部の窪み部構造を構成するクシ状又たる状等の内壁に接触して保持され、導電性ジェルを浸み込ませた状態で重力によって自重により落ちることがない。導電性ジェルを浸み込ませた繊維素材の塊は、手または機械によりクシ状又たる状の窪みに装填される。

繊維素材の塊の形状は、繊維素材を丸めた形状であり、例えば、略球状である。完全な球状である必要はなく、電極の窪みに挿入しやすい塊状であれば足り、挿入後は電極の窪みの筒状の形状に応じて変形可能である。塊の形状は、例えば、球状、楕円球状、楕円体状、卵型、繭状、略円柱状等が挙げられ、立体的に対称形であっても非対称であってもよい。

使用する繊維素材は、脱脂綿、羊毛、化学繊維、綿繊維、導電性繊維等を用いることができる。導電性ジェルが浸み込み易い脱脂綿等が好ましい。繊維素材は導電性である必要はない。

導電性ジェルが染みこんだ状態の繊維素材の塊が、頭の皮膚に接触し、かつ第２の電極の窪みの導電体面に接触することにより、脳波計測用電極として機能する。

本発明で用いる導電性ジェルとして、高導電性高粘着性ジェルを用いることができる。高導電性の粘性液体である。繊維素材に染みこみ保持される性質を持つものが望ましい。繊維素材の繊維自身に染みこまなくとも、繊維素材に、ジェル自身の高粘着性の特性により付着することにより、繊維素材の塊に染みこむように、塊にジェルが担持されるものであればよい。繊維素材の塊に保持されているジェルは、頭部の皮膚に対しては十分に粘着して接触する。

従来、脳波計測用には、臨床現場では、歯磨き状（ペーストともいう。）の導電性ペーストを脳波電極に用いることが多かったが、本発明で用いる導電性ジェルは、歯磨き状の堅さのペーストではなく、繊維素材の塊に保持させなければ電極開口部内には保持できない液体であり、繊維素材の塊に保持されることにより流出しない程度の粘性をもつ液体である。

本発明で使用可能な導電性ジェルとして、例えば、ＫＣｌ、ＲｂＣｌ、ＣｓＣｌ、ＮａＣｌ、ＬｉＣｌ、ＣａＣｌ₂、ＭｇＣｌ₂等の塩化物水溶液からなる電解液をゲル化剤によってコロイド状にゲル化させたものが挙げられる。ゲル化剤として、例えば、ＣＭＣ、ＰＶＡ、ポリアクリル酸アミドなどの水溶性高分子、あるいは寒天、アルガロース、ゼラチン、ペプチン、シリカ系ゲル剤なども使用できる。

（第１の実施の形態）
本実施の形態について図を参照して以下説明する。図１及び図２は、本実施の形態による脳波計測用電極を示す図である。本実施の形態の脳波計測用電極は、クシ状電極２と、導電性ジェルを浸み込ませた略球状の繊維素材の電極１とから構成される。本実施の形態の脳波計測用電極は、クシ状電極２の胴部に非導電性のアダプタ３が係合可能であり、アダプタ３を介して非導電性のヘッドギア本体に取り付けられる。クシ状電極２は、例えば、導電性金属でコーティングした樹脂製である。

アダプタ３は、ヘッドギア本体への取り付けを容易にするように、アダプタの胴部周囲に輪状の凹部が設けられ、ヘッドギア本体と係合する。アダプタ３は、例えばシリコン樹脂製である。ヘッドギア本体は、例えば図６のような構造のものを用いることができ、硬質の樹脂製で作製することができる。電極を取り付ける頭部装着装置の構造は、図示の形状に限らない。キャップ状やネット状であってもよい。

図３に、クシ状電極２の斜視図を示す。（ａ）はクシ状部からの斜視図であり、（ｂ）はクシ状部の反対側からの斜視図である。

図４に、クシ状電極２の、（ａ）クシ状反対側から見た平面図、（ｂ）クシ状側から見た平面図、（ｃ）正面図を示す。クシ状電極２は、複数の棒状の突起が円筒状に配置形成されてなるクシ状部分２１と、複数の棒状の突起を林立させるための土台となる土台板部分２２と、ヘッドギア本体等への取り付けのためのアダプタが装着される筒状胴部分２３と、コネクタを介してあるいは介さずにリード線に接続するための頭部分２４と、土台板部分２２と筒状胴部分２３と頭部分２４を貫通する孔２５とを備えている。孔２５は、クシ状部分２１の開口径、土台板部分２２の開口径、筒状胴部分２３の開口径、頭部分２４の開口径の順に狭くなるように形成されている。図では、孔が漸次狭くなっているが、段階的に狭くなってもよい。孔の開口形状を徐々に狭くすることにより、繊維の塊がよりしっかりと定位置に固定保持される。固定された繊維の塊は、一部、クシ状電極から突出した構造であり、頭皮近くに位置して脳波計測を高精度で実現する。

本実施の形態の脳波計測用電極は、略球状にした繊維に導電性ジェルを染み込ませ、導電性ジェルを含んだ略球状の繊維の塊を、図２のようなクシ状電極の、クシ状に林立した棒状突起に囲まれた窪みに挿入することにより、繊維素材がクシ状突起の内壁に接触保持される。導電性ジェルを染み込ませた球状繊維を複数の電極の個数分作製して、上述のように、クシ状電極の窪みに挿入して接触保持させる。クシ状電極の窪みに略球状繊維が挿入されると、繊維が緩む膨張力と、導電性ジェルの粘性などによって、クシ状突起の内壁に、ジェルを含む略球状の繊維が接触保持されるので、繊維が窪みから外れたり、導電性ジェルが頭部に流れ出したりすることがない。

本実施の形態においては、略球状の繊維として、脱脂綿を球状にして使用した。また、本実施の形態においては、導電性ジェルとして、高粘着性で、水溶性で、油分なしで、非刺激性で、非腐食性の高伝導性高粘着性ゲルを使用した。

（第２の実施の形態）
本実施の形態では、第１の実施の形態で説明したクシ状電極２のクシ状部分２１の構造を、棒状間に空隙がない形状、円筒状、あるいは、円筒中央部が膨らむ樽状にしてもよい。また、その一部を、第１の実施の形態のようなクシ状にしてもよい。

上記実施の形態で示した例は、クシ状、円筒状、樽状であり、これらは概略円筒形状のものであるが、円筒である必要はなく、四角柱や多角柱等の形状が可能であり、概略筒状で、繊維素材の塊を接触保持可能な形状であればよい。

上記実施の形態等で示した例は、発明を理解しやすくするために記載したものであり、この形態に限定されるものではない。

本発明によれば、脳波計測用の電極として、医療上の検査や治療目的の脳波計測装置や、脳波による意思伝達装置や、脳波による感性評価システムや、脳波による認知機能評価システム等に応用できるので、産業上有用である。

１ 繊維素材の塊
２ クシ状電極
３ アダプタ
２１ クシ状部分
２２ 土台板部分
２３ 筒状胴部分
２４ 頭部分
２５ 孔
５０ 電極本体
５１ 台座
５２ コネクタ
５３ リード線
５４ ヘッドギア本体
５５ 無線用の発信部

Claims (4)

1. 導電性ジェルを保持又は浸み込ませた繊維素材の塊からなる第１の電極と、前記第１の電極を開口部内壁で接触保持する筒状部を有する第２の電極とを備えることを特徴とする脳波計測用電極。
2. 前記筒状部は、クシ状、円筒状、たる状、四角柱状、多角柱状のいずれかを１つ以上を含む形状であることを特徴とする請求項１記載の脳波計測用電極。
3. 請求項1又は２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頭部装着装置。
4. 繊維素材の塊を導電性ジェルに浸して、該導電性ジェルが保持された又は浸み込んだ前記繊維素材の塊からなる第１の電極を、筒状の開口部内壁を有する第２の電極の前記内壁で接触保持させることを特徴とする脳波計測用電極の作製方法。
   
   

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