JP7033614B2 - 電気的活動の測定 - Google Patents

Description

本願は、電気的活動、例えば脳波（ＥＥＧ）を測定するシステムに関する。具体的には、本願は、１つ又は複数の乾式電気脳活動測定電極から信号を取得することに関する。本願のシステムは、睡眠モニタリングにも使用され得る。電極は、ＥＣＧ、ＥＭＧ、ＥＯＧ又はＧＳＲ信号を含むがこれらに限定されない他の生理学的信号を提供するよう構成されてもよい。

ＵＳ２０１１／０１５５０３号は、患者の脳波（ＥＥＧ）データを収集するための医療装置を開示する。ＥＥＧ処理ユニットは、患者の頭部に実質的に適合し、患者の頭部上の所定の場所にある電極のセットを支持して適切な電極配置を確実にする半剛性フレームワークを備える。ＥＥＧ処理ユニットは、患者の頭皮との適切な接触を確実にする感圧電極配置を使用でき、及び自動インピーダンスチェックによる電極インピーダンスの測定を介して電極配置を自動的に検証することができる自動接続判定装置を含む。

ＵＳ２０１７／１１２４４４号は、複数のプローブ、及びプローブに対応して電気的に接続された複数の接点を持つ乾式電極であって、各プローブが、電気信号を感知し、対応する接点に送信する、乾式電極と、乾式電極と生体信号測定デバイスとの間に交換可能に配置され、生体信号を生成するために接点から電気信号を捕捉する機能回路、及び生体信号測定デバイスへ生体信号を送信するため、機能回路に電気的に接続された信号出力端子を持つキットとを有する生体信号センサを開示する。

ＵＳ２０１２／１４３０２０号は、ＥＥＧキットを開示し、これは「ＥＥＧ Ｉｎ ａ Ｂａｇ」（「ＥＥＧ－ＩＡＢ」）と考えられることができる。ＥＥＧキットは、脳活動を測定するためにＥＥＧを記録するための、完全で、使い捨ての、高速で、使いやすいプラットフォームを提供することができる。他の生理学的情報（例えば酸素飽和度、ＥＣＧ又はＥＫＧなど）又は他の情報（ローカル電極の動き）も、記録されたＥＥＧ信号と時間的に一致して記録されることができる。記録されたＥＥＧ及び他の情報は、ローカル又はリモートのユーザーインターフェイスにアップリンクされることができる。ローカル又はリモートの神経内科医は、ＥＥＧ情報を使用して数十分で診断を行うことができる。この場合、斯かる情報は現在利用できないか、又は取得して診断するのに何時間も必要とする可能性がある。ＥＥＧキットは非常に便利であり、病院の救急部門（ＥＤ）、集中治療室（ＩＣＵ）で、ファーストレスポンダーにより使用されるか、又は緊急事態若しくは災害への備えのために展開されることができる。

ＵＳ２０１５／２８２７６０号は、脳波信号を収集するための例示的なヘッドセットを開示する。例示的なヘッドセットは、人の頭の第１の側に配置される第１の支持部と、人の頭の第２の側に配置される第２の支持部とを含む調整アセンブリを含む。例示的なヘッドセットは、第１の支持部に動作可能に結合されたアジャスタも含む。更に、例示的なヘッドセットは、電極ストリップと、アジャスタに動作可能に結合された第１の端部及び第２の支持部に動作可能に結合された第２の端部とを持つテンションストラップとを含む。

ＥＥＧは、脳の活動を電気的に測定し、専門医療及び消費者の在宅医療アプリケーションの両方で勢いを増している非侵襲的な神経モニタリングツールである。例えば、ＥＥＧの記録又は測定は、てんかんの予測、睡眠障害の診断、バイオフィードバック療法、最近ではニューロマーケティングなど、多くの臨床用途に使用される。

電気的脳活動は一般に、ユーザの皮膚、特にユーザの頭皮に接触する電極を用いて測定される。既知の電極の１つのタイプは、湿式又はゲル電極である。また、別の種類の既知の電極は、乾式電極（ゲルを使用しない）である。

ＥＥＧ記録用途では、良好な信号品質を得るため、ユーザの皮膚との低ガルバニックインピーダンスが必要とされる。毎日の睡眠モニタリング又は継続的なてんかんモニタリング治療などの用途では、使いやすい電極を持つことも重要である。良好なＥＥＧ記録のためには、複数の位置が同時に監視される必要があり、髪に覆われた領域を含む頭に電極が適用される必要がある。特に太い髪の人には、電気接続の品質が制限される。

湿式又はゲルＥＥＧ電極を適用するとき主な課題は、ユーザの皮膚に対して良好な、及び従って低い接触インピーダンスを取得することである。臨床測定では、これは通常、統合された金属電極（例えばＡｇ／ＡｇＣｌコーティング）を備えた（シャワーキャップのような）ゴム製キャップで実現される。これらの湿式又はゲル状のＥＥＧ電極の下の皮膚は通常、摩耗を減少させ、多くの場合追加の摩耗（例えば、皮膚の乾式した最上層、角質層の除去）により準備される必要がある。次に、導電性ペースト又はゲルが各電極と頭皮との間に適用される（通常、電極又はキャップの穴を通して）。

導電性ペーストで満たされたカップ電極も伝統的にＥＥＧモニタリングに使用される。導電性ペーストで満たされたカップ電極は、その組成のために低インピーダンスであることが知られる。導電性ペーストは粘着性及び導電性を可能にし、対象の髪の毛を通り皮膚に接触する。これは、より深い皮膚層（表皮）への低抵抗接触と、体内のイオン電流から測定システムにおける電子電流への「変換」を保証する。導電性ペーストの使用はまた、髪の層の厚さ及び髪の量、並びに頭及び／又は体の動きのために発生する場合がある距離の時間的な変化に関する、人ごとの違いによる電極とユーザの皮膚との間の距離の変化の問題も（部分的に）解決する。

しかしながら、臨床測定を含まない多くの場合（即ち、臨床以外の用途）、例えばライフスタイル消費者製品用、障害のある患者用、又はリモートモニタリングの用途／目的では、これらの種類の湿式又はゲル電極は実用的ではない。例えば、これらの湿式電極は一般に、セットアップが非常に面倒であり、通常は臨床環境でのみ適切であり、ユーザによる連続的な測定には適していない。また、これらの湿式電極は、１回限りの使用であり、連続測定の耐久性が制限される。これらの湿式電極は、数時間で乾き、身体及びデバイスへの取り付けが容易ではない。また、各電極と頭皮との間に適用された導電性ペーストは、使用後に多くのペースト残留物を残す。これらはすべて一緒になって、湿式又はゲルＥＥＧ電極を、医療又は消費者の健康用途での家庭での毎日の長期使用にあまり適さないものにする。

図１は、完全に乾式したＥＥＧ電極ヘッドセットを示す。例えば、Ｉｍｅｃ ＮＬ（Ｈｏｌｓｔ）は、乾式ＥＥＧ電極を使用したヘッドセットを開発した。市販の乾式ヘッドセットはＣｏｇｎｉｏｎｉｃｓにより提供される。乾式電極は、頭皮上の毛を迂回する機能を持つピン状の構造を適用することにより、上記の問題のいくつかを部分的に克服した。しかしながら、実際には、これらのソリューションがより多くの人に適用されるとき、特に太い髪及び／又は長い髪に対処するとき、十分な信号品質を確保するのが依然として困難である。これらのソリューションの問題は、皮膚（又は頭皮）への接触不良及び不十分な信号品質である。乾式電極は、湿式又はヒドロゲル電極で達成されることができる信号品質及び良好な電気接続（低インピーダンス）をほとんど達成しない。これらの乾式ＥＥＧ電極は、良好な接触を行うことに依然として非常に敏感である。これは手動で（即ち、臨床環境で訓練を受けた監督者により）修正される必要があり、追加のセットアップ時間を必要とする。制御されていない環境では、不適切な配置がデータの損失をもたらす可能性もある。

乾式電極はより簡単に適用できるが、動き及び（断続的な）接触の喪失に対してより敏感である。通常、継続的な監視では、短時間の中断は有害ではない。ほとんどの設計は、乾式ＥＥＧヘッドセット全体が動くとき、乾式電極の動きを制限するためにバネを使用して圧力をかける。ＥＥＧヘッドセットの小さな動きの場合、このバネ式電極アプローチが役立つ。しかしながら、ＥＥＧヘッドセットのより大きな（頭部）運動の場合、バネ式電極アプローチでは成功が限られる。更に重要なことは、ＥＥＧヘッドセットの動きが別の新しい接触状態をもたらす場合があり、電極と皮膚との間の毛をブロックすることにより接触不良がもたらされる可能性がある。特に、ＥＥＧヘッドセットの大きな動きは、皮膚から乾式ＥＥＧ電極を一時的に解放する可能性があり、ユーザの髪が電極表面と皮膚との間に来る可能性がある。実際には、特に、乾式ＥＥＧヘッドセットが複数の乾式ＥＥＧ電極で構成されるとき、乾式ＥＥＧ電極の少なくとも１つが故障している可能性が高くなる。図２は、図１に示されるような乾式ＥＥＧ電極ヘッドセットからのいくつかの電極位置での経時的な電極インピーダンス値のグラフを示す。図２を参照すると、チャネル４はチャネル１と逆の動作をする。

現在、作動により髪を貫通する機能を備えた市販の乾式電極システムは、Ｃｏｇｎｉｏｎｉｃｓ ｆｌｅｘシステムである（ｈｔｔｐ:／／ｗｗｗ．ｃｏｇｎｉｏｎｉｃｓ．ｃｏｍ／ｉｎｄｅｘ．ｐｈｐ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｓｅｎｓｏｒｓ／ｆｌｅｘ）。これは、設計により、押されるとき皮膚の向こう側にセンサの接触ピンを移動させる。斯かるシステムは、毛によりブロックされる可能性が低くなる。しかしながら、これは依然としてシングルショットアプローチであり、最初の試行が適切でないとき、手動の調整を必要とし、複数のセンサーシステムに関する問題が解決されていない。

ＷＯ２０１３０３８２８５Ａ１号は、多電極ＥＥＧヘッドセットの信号を改善する方法を開示する。この方法は、圧力制御システムを開示し、インピーダンス測定、圧力センサ、及びアクチュエータを使用して、電極の軸方向の（即ち、頭皮に垂直な）圧力を制御する。それは、インピーダンス測定を使用して個々の電極間の接触品質を決定する方法、及び電極の信号品質における違いが見られる場合の電極の軸方向圧力の調整方法も記載する。

本発明の目的は、電気活動の改善された測定を提供することである。本発明は、独立請求項により規定される。従属請求項は、有利な実施形態を規定している。

１つ又は複数の実施形態は、電気活動測定システムを提供する。システムは、少なくとも部分的にユーザの頭の周りに配置されるよう構成された支持部と、支持部により支持され、ユーザの皮膚に接触するように配置されるよう構成された電極と、電極に動作可能に結合されたアクチュエータと、１つ又は複数の物理プロセッサとを有する。アクチュエータは、電極が異なる位置で皮膚に接触することを可能にするよう、電極を少なくとも横方向次元に動かすよう構成される。１つ又は複数の物理プロセッサは、電極及びアクチュエータに動作可能に接続される。１つ又は複数の物理プロセッサは、コンピュータプログラム命令でプログラムされ、これは、実行されるとき１つ又は複数の物理プロセッサが、電極からインピーダンス信号を取得し、得られたインピーダンス信号とインピーダンス閾値との比較に基づき、電極を移動するようアクチュエータを作動させることをもたらす。電極は、バネ構造を介して支持部に接続される。これは、ユーザにおける電極に十分な接触圧力を与えるよう構成され、支持部に対する電極の少なくとも横方向次元の動きの分離を可能にする。

本願のこれら及び他の目的、特徴及び特性、構造の関連要素及び部品の組み合わせの動作方法及び機能、並びに製造のコストは、添付の図面を参照し、以下の説明及び添付の特許請求の範囲を考慮するとより明らかになるであろう。これらのすべては、本書の一部を形成する。同様の参照番号は、様々な図における対応する部分を示す。しかしながら、図面は、例示及び説明のみを目的としており、本願を制限する規定として意図されていないことを明確に理解されたい。特に、本発明は、睡眠モニタリング又はＥＣＧ、ＥＭＧ、ＥＯＧ若しくはＧＳＲ信号の測定に適用できるため、例示的な実施形態においてＥＥＧ及び／又はユーザの頭が参照されるが、これらは決して範囲を限定するものとして理解されるべきではない。

乾式ＥＥＧ電極を備えた従来技術のヘッドセットを示す図である。 図１に示されるような乾式ＥＥＧ電極ヘッドセットからのいくつかの電極位置での経時的な電極インピーダンス値のグラフを示す図である。 本願の一実施形態による例示的なＥＥＧシステムを示す図である。 本願の実施形態による、別の例示的なＥＥＧシステムを示し、明確さのためＥＥＧシステムのいくつかの要素が示されていない図である。 本願の実施形態による、別の例示的なＥＥＧシステムを示し、明確さのためＥＥＧシステムのいくつかの要素が示されていない図である。 本願の別の実施形態による、別の例示的なＥＥＧシステムを示し、明確さのためＥＥＧシステムのいくつかの要素が示されていない図である。 本願の一実施形態による、例示的なＥＥＧシステムの乾式ＥＥＧ電極を自動的に再配置するための例示的な方法を示す図である。 本願の一実施形態による、例示的なＥＥＧシステムのＥＥＧ電極を自動的に再配置するための別の例示的な方法を示す図である。 ＥＥＧ電極ヘッドセットからのいくつかの電極位置での経時的な電極インピーダンス値のグラフを示す図である。 ＥＥＧ電極ヘッドセットからのいくつかの電極位置での経時的な電極インピーダンス値のグラフを示す図である。

本書で使用される「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」の単数形は、文脈からそうでないことが明確に示されない限り、複数の参照を含む。本書で使用される場合、２つ以上の部品又は要素が「結合される」という記述は、部品が直接又は間接的に、即ちリンクが発生する限り、１つ又は複数の中間部品又は要素を介して、結合される又は一緒に動作することを意味する。本書で使用される「又は」という用語は、文脈からそうでないことが明確に示されない限り、「及び／又は」を意味する。本書で使用される「数」という用語は、１又は１より大きい整数（即ち複数）を意味する。本書で使用される方向句は、例えば、限定することなく、上部、下部、背面及びそれらの派生語は、図面に示される要素の向きに関するものであり、明示的に記載されていない限り特許請求の範囲を限定するものではない。

図３に示される一実施形態では、脳波記録（ＥＥＧ）システム１００は、少なくとも部分的にユーザの頭の周りに配置されるよう構成された支持部１０２と、支持部１０２により支持され、ユーザの皮膚に接触するように配置されるよう構成されたＥＥＧ電極１０４と、ＥＥＧ電極１０４に動作可能に結合されたアクチュエータ１０６とを有する。アクチュエータ１０６は、ＥＥＧ電極１０４が異なる位置で皮膚に接触することを可能にするよう、少なくとも２つの次元でＥＥＧ電極１０４を動かすよう構成される。これは、軸方向次元及び横方向次元を含む。システム１００はまた、ＥＥＧ電極１０４及びアクチュエータ１０６と動作可能に接続された１つ又は複数の物理プロセッサ１０８を含む。１つ又は複数の物理プロセッサ１０８は、コンピュータプログラム命令でプログラムされ、これは、実行されるとき１つ又は複数の物理プロセッサ１０８が、ＥＥＧ電極１０４からインピーダンス信号を取得し、得られたインピーダンス信号とインピーダンス閾値との比較に基づき、ＥＥＧ電極１０４を移動するようアクチュエータ１０６を作動させることをもたらす。

一実施形態では、本願は、乾式ＥＥＧ電極ヘッドセット１２１の乾式ＥＥＧ電極１０４の不正確な又は次善配置に対する自己調節ソリューションを提供する。乾式ＥＥＧヘッドセット１２１全体を手動で再調整することに関連付けられる上記の問題を回避するため、ヘッドセット１２１上の各乾式ＥＥＧ電極１０４はアクチュエータ１０６でフィットされる。十分に機能していない乾式ＥＥＧ電極１０４は、その乾式ＥＥＧ電極１０４とユーザの皮膚／頭皮との接触を改善するため、関連付けられるアクチュエータ１０６の作動により自動的に再配置される。

一実施形態では、異なる場所は、ユーザの皮膚と良好に接触するようＥＥＧ電極１０４が配置されることができる様々な異なる場所を含む。一実施形態では、これらの場所は、接触位置又は場所とも呼ばれ得る。一実施形態では、ＥＥＧ電極１０４は、第１の位置、第２の位置、第３の位置などに配置されてもよい。これらの第１、第２、及び第３の位置のそれぞれは、ＥＥＧ電極の横方向の次元に沿って、第１、第２、及び第３の位置の他方とは異なる。一実施形態では、ユーザの皮膚と接触するようＥＥＧ電極１０４が配置されることができる異なる場所の数は異なってもよい。

一実施形態では、軸方向次元は、ユーザの頭皮に垂直な平面に沿って延びる次元を指す。一実施形態では、軸方向の次元は横方向の次元に対して垂直である。

一実施形態では、横方向の次元は、ユーザの頭皮に一般に平行な平面に沿って延びる次元を指す。一実施形態では、横方向の次元は軸方向の次元に垂直である。一実施形態では、横方向の次元は、ユーザの頭皮に一般に平行な平面に沿って延びる２つの次元を含んでもよい。一実施形態では、２つの次元はそれぞれ軸方向の次元に垂直である。一実施形態では、２つの次元は同じ平面内に延び、互いに垂直である。

一実施形態では、インピーダンス閾値は、電極１０４と、乾式電極１０４の十分なＥＥＧ信号品質が得られる人の頭皮との間の接触インピーダンス値を指す。一実施形態では、アクチュエータ１０６は、得られたインピーダンス信号がインピーダンス範囲内に入るようにＥＥＧ電極１０４を移動させるよう構成される。

一実施形態では、インピーダンス範囲及び／又は閾値は、試験により取得されることができる。一実施形態において、インピーダンス範囲及び／又は閾値は、データ分析を使用して取得され得る。一実施形態において、インピーダンス範囲及び／又は閾値は、研究刊行物から取得され得る。

一実施形態では、現実の用途のための乾式電極を使用して十分なＥＥＧ信号品質を得るため、電極１０４と人の頭皮との間の接触インピーダンスは、ある用途で使用されるＥＥＧ現象に基づき、特定の値（例えば、１Ｍオームから１０Ｍオーム）未満に留まるべきである。一実施形態では、本書に記載されるインピーダンス範囲及び／又は閾値の値は、上記のものよりも最大５パーセント大きいか、又は最大５パーセント小さい。一実施形態では、本書に記載されるインピーダンス範囲及び／又は閾値の値は、上記のものよりも最大１０パーセント大きいか、又は最大１０パーセント小さい。一実施形態では、本書に記載されるインピーダンス範囲及び／又は閾値の値は、上記のものよりも最大２０パーセント大きいか、又は最大２０パーセント小さい。

一実施形態では、システム１００のサブシステムは、複数のヘッドセットから以前に取得したインピーダンス値情報を使用してインピーダンス範囲及び／又は閾値を決定するよう構成され得る。一実施形態では、このサブシステムは、複数のヘッドセットの後続のインピーダンス値情報を連続的に取得するよう構成される。即ち、サブシステムは、複数のユーザ及び／又はそれらのヘッドセットに関連付けられる後続のインピーダンス値情報を継続的に取得してもよい。一例として、後続の情報は、後続の時間に対応する追加情報を含んでもよい（信号品質を決定するために使用された情報に対応する時間の後）。例えばインピーダンス範囲及び／又は閾値を更に更新又は変更するのに、後続の情報が利用されることができる（例えば、インピーダンス範囲及び／又は閾値を動的に更新又は変更するのに、新しい情報が使用されることができる）。一実施形態では、このサブシステムは、その後のインピーダンス値情報又は他の後続情報に基づき、インピーダンス範囲及び／又は閾値を連続的に変更又は更新するよう構成される。

一実施形態では、インピーダンス範囲及び／又は閾値は、データベース（例えば、図６のデータベース１３２）に保存され、必要に応じてデータベースから取得されることができる。上述のように、システム１００のサブシステムは、インピーダンス範囲及び／又は閾値を継続的に更新／変更し得る。

以下の説明から明らかなように、一実施形態では、システム１００は、コンピュータプログラム命令でプログラムされた１つ又は複数の物理プロセッサ１０８を持つコンピュータシステム１０８を含む。これは、実行されるときコンピュータシステム及び／又は１つ若しくは複数の物理プロセッサ１０８が、１つ又は複数の電極１０４からインピーダンス信号情報を取得することをもたらす。一実施形態では、システム１００は、関連付けられるアクチュエータ１０６を介してＥＥＧ電極１０４を連続的に移動させるための適応フィードフォワード補償／制御及び／又はフィードバック補償／制御を含むことができる。

図３乃至５は、本願の実施形態による例示的な乾式ＥＥＧ電極システム１００を示す。

一実施形態では、システム１００は、少なくとも部分的にユーザの頭部の周りに置かれるよう構成されたウェアラブルデバイスを更に備えてもよい。ウェアラブルデバイスは、電極１０４を支持するよう構成された支持部１０２を含む。ウェアラブルデバイスは、ヘッドバンド、ヘッドキャップ、ヘッドセット、ヘルメットなどに統合されてもよい。一実施形態では、ピン１１３を備えた乾式ＥＥＧ電極１０４が支持部１０２上に配置される。一実施形態では、支持部１０２は変形可能又は織物状の材料であってもよい。支持部１０２は、ユーザの頭に置かれることができるピン型構造の電極１０４をウェアラブルデバイスに一体化するために使用されることができる。その結果、それは、電気信号が得られるべき脳の領域を覆う。支持部１０２は、システム１００がユーザの頭部の湾曲に追従することを可能にし得る。支持部１０２の材料は、人の頭の湾曲に適合するよう構成されてもよい。支持部１０２の材料は、ＥＥＧシステムを使用する人により、モデル化されるよう構成されてもよい。その結果、それは、彼／彼女の頭部にフィットする。支持部１０２は例えば、パッチの形態であり得る。パッチは、ウェアラブルデバイス（ヘッドバンド、ヘッドキャップ、ヘッドセット、ヘルメットなど）を使用して、ユーザの頭の上又は周囲に配置されることができる。別の実施形態では、ウェアラブルデバイスはヘッドバンドの形態であってもよい。システム又はウェアラブルデバイスの正確な使用事例に基づき、支持部１０２は、ユーザの頭の異なる場所に配置されることができる。本願において使用され得るウェアラブルデバイスは例えば、参照によりその全体が本書に組み込まれるＷＯ２０１１０５５２９１Ａ１号及びＷＯ２０１３０３８２８５Ａ１号に詳細に記載される。

一実施形態では、各ＥＥＧ電極１０４は、少なくとも１つのインピーダンス値を含むインピーダンス信号を提供するよう構成される。一実施形態では、インピーダンス信号は、経時的なそれぞれのインピーダンス値を含み得る。

一実施形態では、各ＥＥＧ電極１０４は、ユーザの皮膚に接触する複数のピン１１３を含む。こうして、ＥＥＧシステム１００の快適性レベル及びユーザの利便性が改善され得る。ピン１１３は、図４及び５に示されるように、電極ハウジング１１５から延在するよう構成される。ピン１１３は、電極１０４がユーザの頭皮と接触するように配置されるとき、ユーザの髪を通り延在するよう構成される。電極１０４を位置決めし、それをユーザの頭に取り付けることに関して多くの自由度がある態様で電極１０４を設計することにより、利便性及び快適性が改善されることができる。

一実施形態では、ピン１１３は例えば、皮膚に接触するための丸い先端を有してもよい。これは、ユーザの快適さを更に向上させる。別の実施形態では、ピン１１３は、可撓性基板上に配置されてもよい。その結果、ピン１１３は、屈曲し、及びたわみ、複数のピン１１３が皮膚に電気接触することを確実にする。更に別の実施形態では、電極１０４は、可撓性又は変形可能な材料に取り付けられる。例えば、可撓性又は変形可能な材料は、織物のような材料であってもよい。一実施形態では、電極１０４又はピン１１３は、導電性金属又は金属合金（例えば、銀、塩化銀、又は金）から作製され得る。一実施形態では、各電極１０４は、ボールジョイントを含むことができる。例えば、この構成は、電極－皮膚接触インピーダンスのバランスを更に改善できる柔軟性の別の層を導入する。

一実施形態では、本願は、最適な接触システムに寄与する２つの機械的要素を含む。これらの機械的要素は、スプリングマウント１１０及びアクチュエータ１０６を含む。

一実施形態では、個々の電極１０４は、横方向のスプリングマウント１１０に取り付けられ、ユーザの頭／頭皮に十分な接触圧力を供給し、及びヘッドセットフレーム又は支持部１０２に関して、個々の電極１０４の（垂直及び横方向の）動きをある程度切り離すことを可能にする。比較的柔軟なバネ１１０ａ、１１０ｂを介した部分的な機械的分離は、ヘッドセットフレーム１０２に大きな力をかけることなく、個々の電極１０４の動きを可能にする。こうして、フレーム１０２は所定の位置に留まる一方、１つの個別電極１０４は再配置され、同じヘッドセットフレーム１０２上の他の個別電極１０４は移動しない。

一実施形態では、スプリングマウント１１０は、横方向／次元における選択されたバネ剛性を有しながら、ユーザの頭皮表面に電極１０４の（軸方向／次元に沿って）（ほぼ）一定の軸力を加えるよう構成される。

横方向アクチュエータ１０６は、電極１０４とユーザの頭皮との間の静止摩擦力よりも大きい（横方向／次元に沿った）横方向の力を提供するよう構成される。一実施形態では、アクチュエータ１０６は、電磁アクチュエータ（例えば線形共振アクチュエータ）、圧電振動アクチュエータ、又は形状記憶合金若しくは電気活性ポリマーアクチュエータなどのスマート材料アクチュエータであってもよい。一実施形態では、アクチュエータ１０６は、振動し、電極１０４の先端によりユーザの頭皮に動的な力を及ぼす質量バネシステムである。動的な力は、頭皮上の電極１０４の静的摩擦力よりも高い（Ｆｄ＝μＦｎ。ここでμは摩擦係数であり、Ｆｎは垂直／静的力である。）。一実施形態において、ゴム乾式電極の場合、皮膚摩擦係数は通常２．４であり、通常の力は典型的には、快適にフィットするヘッドセットに対して通常１０～２０グラムの範囲である。一実施形態において、アクチュエータ１０６は、横方向／次元において０．５Ｎよりも大きい力を提供するよう構成される。一実施形態において、典型的な線形共振アクチュエータ（ＬＲＡ）は、斯かる力を供給することができる。

アクチュエータ１０６は、その対応する（個々の）電極１０４の動きを作り出すよう構成される。図４に示されるように、アクチュエータ１０６は、乾式電極１０４の背面／上面に配置される。即ち、アクチュエータ１０６のアクチュエータハウジング１１７は、ピン１１３を持つ電極１０４の側とは反対側の電極１０４の側に配置され、及び取り付けられる。図４に示されるような電極１０４及びアクチュエータ１０６の構成では、電極１０４は、マウント又は支持部１０２内のアクチュエータ１０６を振動させることにより個別に作動されるよう構成される。図４に示されるように、バネ１１０ａ、１１０ｂは、電極１０４（及びそれに接続されたアクチュエータ１０６）を電極１０４／アクチュエータ１０６の両側の支持部１０２に接続するよう構成される。

図５に示されるように、アクチュエータ１０６は、電極１０４（及びその電極ハウジング１１５）に直接取り付け又は接続されていない。代わりに、アクチュエータ１０６は図５において、バネ部材１１０ｂを介して電極１０４（及びその電極ハウジング１１５）から間隔をあけて接続される。図５に示されるように、バネ１１０ａは、電極１０４を電極１０４の一方の側の支持部１０２に接続するよう構成され、バネ１１０ｂは、電極１０４を電極１０４の他方の側のアクチュエータ１０６に接続するよう構成される。一実施形態では、図５に示されるように、アクチュエータ１０６は、バネ１１０ｂに取り付けられ、引き込むことにより電極１０４を横方向／次元に移動させ、これによりバネ１１０ｂが引っ張られ、電極１０４が再配置される。引き込む電極は、２つのバネ間に力の不均衡を生じさせ、電極と頭皮の接触に横方向の力を発生させる。力が頭皮における電極ピンの摩擦を克服するのに十分高い場合、電極はそれ自体を再配置し、バネ間の力のバランスが回復される。

スプリングマウント１１０に使用されるバネ１１０ａ、１１０ｂは典型的には、横方向／次元における剛性が低い平らなバネである。従って、スプリングマウント１１０のバネ１１０ａ、１１０ｂは、軸方向／次元においても変形することができる。一実施形態では、ユーザの頭皮表面上の電極１０４の（軸方向／次元に沿った）軸方向の力は、（図４及び図５に示されるように）ばね撓み角ＳＤＡに依存する。ばね撓み角ＳＤＡは、横方向バネ１１０ａ／１１０ｂとフレーム１０２との間の角度である（即ち、支持部／フレーム１０２は、ユーザの頭皮表面に平行である）。小さなばね撓み角（ＳＤＡ）の場合、角度が大きくなっても力はあまり変化しない。この力は、軸方向／次元における（小さな）変形から比較的独立しており、すべての電極位置にわたってほぼ等しい圧力分布が生み出される。

図６に示されるように、１つ又は複数の乾式脳波記録（ＥＥＧ）電極から脳波記録（ＥＥＧ）信号を取得するシステム１００は、サーバ１０８（又は複数のサーバ１０８）を備え得る。サーバ１０８は、信号品質決定サブシステム１１２、又は他の要素若しくはサブシステムを備えてもよい。一実施形態では、コンピュータシステム（例えば、サーバ１０８を含む）は、電極１０４からインピーダンス信号情報及びＥＥＧ信号情報を取得する。

一実施形態では、インピーダンス信号情報は一般に、皮膚に対する電極１０４の少なくとも１つのインピーダンス値を含むインピーダンス信号を指す。一実施形態では、ＥＥＧ信号情報は一般に、ＥＥＧ信号を指す。

一実施形態では、インピーダンス信号情報及びＥＥＧ信号情報は、１つ又は複数の電極１０４によりリアルタイムで更新されるデータベース１３２から取得されることができる。一シナリオでは、１つ又は複数の電極１０４が、処理のためにネットワーク（例えば、ネットワーク１５０）を介してインピーダンス信号情報及びＥＥＧ信号情報をコンピュータシステム（例えば、サーバ１０８を含む）に提供し得る。

一実施形態では、信号品質決定サブシステム１１２は、電極１０４からのインピーダンス信号情報から対応する電極１０４の信号品質を決定する。

一実施形態では、システム１００は、電極信号の信号品質を決定するよう構成される。電極１０４からのインピーダンス値を使用して電極信号の信号品質を決定する手順は例えば、参照によりその全体が本書に組み込まれるＷＯ２０１３０３８２８５Ａ１号に詳細に記載される。例えば、各電極１０４の信号品質は、インピーダンス値測定により評価され得る。ＷＯ２０１３０３８２８５Ａ１号に記載されるように、これは、ＥＥＧデータを処理してＥＥＧにおける特徴から信号品質を抽出することにより行われることができる。これは、ＥＥＧ信号を介して埋め込まれるか、又はＥＥＧ信号の分析及びＥＥＧデータから信号品質を決定するアルゴリズムを介してリモートで発生する。

一実施形態では、ＥＥＧ電極の信号品質を決定するために使用されるアルゴリズムは、（相対）信号振幅に基づかれるアルゴリズムを含み得る。例えば、低品質の信号は一般に信号振幅が大きく、増加された電源ノイズを持つ。従って、信号品質を決定するアルゴリズムは、電源ノイズをフィルタリングする前又は後の、相対的な信号振幅に基づかれることができる。電源ノイズは、電極１０４とユーザの頭皮との接触の質の優れた絶対的な尺度である。なぜなら、高インピーダンスの接触は、電源障害からのピックアップを増加させるからである。例えば、図９を参照すると、信号１の接触品質が貧弱／低いのに対して、信号６の接触品質は最高である。

例えば、一実施形態では、ヘッドセットは、工場／製造業者を離れる前に、高品質（湿式）電極を使用して較正されてもよい。使用中に、電源周波数での信号振幅が（例えば、任意又はすべての電極に関する較正値の５倍より）高い場合、接触品質を高めるためシステム１００が起動される。一実施形態では、ユニバーサル基準ノイズ（又は振幅）レベルが、基準レベル（即ち、インピーダンス閾値に関係する）としてプログラムされ、ノイズレベルが比較され、各アクチュエータに調整が必要かどうかが決定されることができる。

一実施形態では、フィルタリングされた振幅は通常、電極１０４間の接触品質における相対的な差を決定するのに最適である。例えば、電極１０４のフィルタリングされた振幅が他の信号の振幅と比較して特定の相対閾値を超える場合、それぞれの電極１０４はシステム１００により調整され得る。例えば、斯かる閾値は、図１０に示されるように、振幅の２～５倍に設定されてもよい。図１０に示されるように、電極Ｐ３は接触品質が悪い。

一実施形態では、（頭皮にわたるＥＥＧ強度における変動による）信号振幅の典型的な分布をプログラムし、理想的な分布と比較した実際の信号振幅の不一致を決定することにより、より細かい閾値が決定されることができる。一実施形態では、より堅牢な品質決定メカニズムが、両方の方法に基づかれることができる。即ち、一実施形態では、生の（フィルタリングされていない）信号が、すべての電極に対処する絶対（粗）測定システムとして使用され、フィルタリングされた信号が、信号振幅における相対差を決定するために使用される。一実施形態では、不十分な信号（又は高インピーダンス）が検出されるとき、アクチュエータ１０６が横方向の動きを引き起こし、電極１０４が再配置され、システム１００により再び測定されることができるより良い接触の機会が作り出される。

システム１００が低／貧弱品質電極信号を感知するとき、システム１００は、接続不良の電極１０４に関連付けられるアクチュエータ１０６を作動させるよう構成される。アクチュエータ１０６による電極１０４の振動又は運動は、電極１０４と皮膚との接続を変化させる。システム１００は再び信号品質を測定する。この処理は、高品質の接続が検出されるまで繰り返される。例えば、これらの手順のステップは図８に示される。例えば、ステップ８０１では、ＥＥＧヘッドセットがユーザの頭／頭皮に手動で配置される。ステップ８０２で、インピーダンス信号情報が、ヘッドセットに配置された電極１０４のそれぞれから取得される。ステップ８０３及び８０４では、電極１０４のそれぞれが良好な信号品質（及びユーザーの頭皮との良好な接触）を持つかどうかを決定するため、得られたインピーダンス信号情報が分析される。良好である場合、ステップ８０５で、良好な信号品質（及びユーザーの頭皮との良好な接触）を持つすべての電極１０４からＥＥＧデータが取得される。そうでない場合、ステップ８０６で、信号品質の悪い電極１０４に対応するアクチュエータ１０６が作動され、その電極１０４が軸方向次元及び横方向次元を含む少なくとも２つの次元で動かされる。これは、ＥＥＧ電極１０４が異なる位置で皮膚に接触することを可能にする。即ち、システム１００は、劣悪な信号品質の決定に基づきアクチュエータ１０６を作動させるように更に構成される。一実施形態では、劣悪な信号品質を持つ１つ又は複数の電極１０４に対応する１つ又は複数のアクチュエータ１０６が同時に作動され、対応する１つ又は複数の電極１０４が少なくとも２次元で移動される。一実施形態では、信号品質決定サブシステム１１２は、信号品質を連続的又は繰り返し決定するよう構成される。例えば、決定は、リアルタイムで、又は所定の時間間隔で行われることができる。こうして、インピーダンス又はインピーダンスの等式関係が長期にわたって維持されることが確実にされることができる。これは特に、システムの使用中にすべての電極を連続的又は繰り返し再調整することで実現されることができる。再調整は、インピーダンスを望ましい境界／インピーダンス範囲内に保つことを可能にする。

一実施形態では、システム１００は、電極１０４のＥＥＧ信号を処理するＥＥＧ信号処理システムを更に備えてもよい。代替的に、システム１００は、更なる処理及び分析のため、ＥＥＧ信号を外部デバイス又はシステムに送信するための送信リンクを更に備えてもよい。一実施形態では、上述のサブシステムの１つ又は複数は、同じ処理ユニット（例えば、プロセッサ又はマイクロプロセッサ）において実現されることができ、又は別個の処理ユニットで実現されることができる。

図７を参照すると、１つ又は複数の乾式脳波記録（ＥＥＧ）電極から信号を取得するための例示的な方法７００が提供される。方法７００は、実行されるとき方法７００を実行するコンピュータプログラム命令を実行する１つ又は複数の物理プロセッサ１０８を備えるコンピュータシステム１０８により実現される。方法７００は、ステップ７０２で電極１０４からインピーダンス信号情報を取得するステップと、ステップ７０６で、得られたインピーダンス信号とインピーダンス閾値との比較に基づきＥＥＧ電極を移動させるよう、コンピュータシステム１０８により、アクチュエータ１０６を作動させるステップとを有する。方法７００は、ステップ７０４で、インピーダンス値情報を使用して、電極１０４の信号品質をコンピュータシステム１０８により決定するステップと、コンピュータシステム１０８により、決定に基づきＥＥＧ電極を移動させるよう、アクチュエータ１０６を作動させるステップとをも有する。

一実施形態では、図６に示された様々なコンピュータ及びサブシステムが、本書に記載される機能を実行するようプログラムされた１つ又は複数のコンピューティングデバイスを備えてもよい。コンピューティングデバイスは、１つ又は複数の電子ストレージ（例えば、データベース１３２又は他の電子ストレージ）、１つ又は複数のコンピュータプログラム命令でプログラムされた１つ又は複数の物理プロセッサ、及び／又は他の要素を含み得る。コンピューティングデバイスは、有線又は無線技術（例えばイーサネット、光ファイバー、同軸ケーブル、ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、近距離無線通信、又は他の通信技術）を介して、ネットワーク（ネットワーク１５０など）又は他のコンピューティングプラットフォームとの情報交換を可能にする通信回線又はポートを含むことができる。コンピューティングデバイスは、本書に起因する機能をサーバに提供するために一緒に動作する複数のハードウェア、ソフトウェア、及び／又はファームウェア要素を含むことができる。例えば、コンピューティングデバイスは、コンピューティングデバイスとして一緒に動作するコンピューティングプラットフォームのクラウドにより実現されてもよい。

電子ストレージは、情報を電子的に記憶する非一時的な記憶媒体を備えてもよい。電子ストレージの電子記憶媒体は、サーバと一体的に（例えば、実質的に取り外し不可能に）提供されるシステムストレージ、又は例えばポート（例えばＵＳＢポート、ｆｉｒｅｗｉｒｅポート）又はドライブ（例えばディスクドライブ）を介してサーバに取り外し可能に接続可能なリムーバブルストレージの一方又は両方を含み得る。電子ストレージは、光学的に読み出し可能な記憶媒体（例えば、光ディスクなど）、磁気的に読み出し可能な記憶媒体（例えば、磁気テープ、磁気ハードドライブ、フロッピードライブなど）、電荷ベースの記憶媒体（例えば、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭなど）、ソリッドステート記憶媒体（例えば、フラッシュドライブなど）、及び／又は他の電子的に読み出し可能な記憶媒体の１つ又は複数を含み得る。電子ストレージは、１つ又は複数の仮想ストレージリソース（例えば、クラウドストレージ、仮想プライベートネットワーク、及び／又は他の仮想ストレージリソース）を含み得る。電子ストレージは、ソフトウェアアルゴリズム、プロセッサにより決定された情報、サーバから受信される情報、クライアントコンピューティングプラットフォームから受信される情報、又はサーバが本書で説明したように機能することを可能にする他の情報を保存することができる。

プロセッサは、システム１００における情報処理機能を提供するようプログラムされてもよい。そのようなものとして、プロセッサは、デジタルプロセッサ、アナログプロセッサ、情報を処理するよう設計されたデジタル回路、情報を処理するよう設計されたアナログ回路、ステートマシン、及び／又は情報を電子的に処理するための他のメカニズムの１つ又は複数を含む。一実施形態では、プロセッサは複数の処理ユニットを含むことができる。これらの処理ユニットは、物理的に同じデバイス内に配置されることができ、又はプロセッサが協調して動作する複数のデバイスの処理機能を表すことができる。プロセッサは、コンピュータプログラム命令を実行し、サブシステム１１２又は他のサブシステムの本書に記載される機能を実行するようプログラムされてもよい。プロセッサは、ソフトウェア；ハードウェア；ファームウェア；ソフトウェア、ハードウェア若しくはファームウェアの何らかの組み合わせ；及び／又はプロセッサの処理機能を構成する他のメカニズムによりコンピュータプログラム命令を実行するようプログラムされることができる。

本書で説明されるサブシステム１１２により提供される機能の説明は、例示を目的とするものであり、限定することを意図しない点を理解されたい。なぜなら、サブシステム１１２は、説明よりも多い又は少ない機能を提供することができるからである。別の例として、本書に起因するサブシステム１１２に対する機能の一部又はすべてを実行するよう追加のサブシステムがプログラムされることができる。

本開示のシステムは、臨床及び消費者領域で使用される脳信号取得システムの分野に適用され得る。それらは、ＥＥＧ測定用の実用的なヘッドセット設計から、病院、睡眠センター又は自宅でのＥＥＧ患者モニタリング用の臨床的に設計されたヘッドセットにまで及ぶ。臨床的関連性は、術後回復のモニタリング及びリハビリテーションの分野、並びに代替的又は補完的なコミュニケーション及び／若しくは制御チャネルの提供において見られることができる。消費者分野での用途の商業的価値は、認知を改善してリラクゼーションを強化するためのニューロフィードバックの分野、メンタルヘルスの予防及び監視の分野、並びに特にＢＣＩテクノロジーを含むゲームの市場にある。

臨床領域では、本発明は、患者に追加の負担を課さない便利なセットアップの開発に役立つ。このソリューションは、特別に設計されたヘッドセットとして実現されるか、又は臨床手順の前に患者が座ったり横になったりする椅子（アームチェア）に一体化されることもできる。後者では、頭の後ろに位置する椅子に完全なセットアップが一体化されるべきである。

請求項において、括弧の間に置かれた任意の参照符号は、請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。「有する」又は「含む」という言葉は、請求項に記載される以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。いくつかの手段を列挙するデバイスクレームにおいて、これらの手段のいくつかは、ハードウェアの１つの同じアイテムにより実現されることができる。要素に先行する単語「ａ」又は「ａｎ」は、斯かる要素の複数の存在を排除するものではない。いくつかの手段を列挙するデバイスクレームにおいて、これらの手段のいくつかは、ハードウェアの１つの同じアイテムにより実現されることができる。特定の要素が相互に異なる従属請求項に記載されるという単なる事実は、これらの要素が組み合わせて使用できないことを示すものではない。

現在最も実用的で好ましい実施形態であると考えられるものに基づき、本発明が例示の目的で詳細に説明されたが、斯かる詳細は単にその目的のためであり、本願は開示された実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。本願は、添付の特許請求の範囲に含まれる修正及び均等の構成を網羅するものとして意図される。例えば、本発明は、可能な限り、任意の実施形態の１つ又は複数の特徴が、他の任意の実施形態の１つ又は複数の特徴と組み合わせられることができることを企図する点を理解されたい。

Claims (2)

1. ユーザの皮膚に接触する電極から電気活動測定信号を取得するシステムであって、
   前記ユーザの一部の周囲に少なくとも部分的に配置される支持部と、
   前記電極に動作可能に結合されるアクチュエータであって、前記電極が異なる場所で前記皮膚に接触することを可能にするするため、前記電極を少なくとも横方向に動かす、アクチュエータと、
   前記電極及び前記アクチュエータに動作可能に接続され、前記電極からインピーダンス信号を取得し、前記得られたインピーダンス信号に基づき、前記電極を移動するべく、前記アクチュエータを作動させるようプログラムされるプロセッサとを有し、
   前記電極が、バネ構造を介して前記支持部に接続され、前記バネ構造が、ユーザにおける前記電極の十分な接触圧力を提供し、前記支持部に対する前記電極の少なくとも横方向における動きの分離を可能にし、
   前記アクチュエータが、バネを使用して前記電極に接続され、前記アクチュエータは、引き込むことにより前記電極を前記横方向に移動させ、これにより、前記バネが引かれ前記電極が再配置される、
   システム。
2. 前記バネ構造が、前記電極の一定の軸方向の力が前記ユーザに加えられることを可能にし、前記横方向における所定のバネ剛性を提供する、請求項１のシステム。

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