JP7151207B2 - 脳波電極および脳波電極保持具 - Google Patents

Description

本発明は、脳波信号を計測するための電極を保持する脳波電極および脳波電極保持具に関する。

脳波測定は、近年、医学の分野にとどまらず、工学、心理学、スポーツ科学やゲームの分野でも行われている。被験者の脳波を計測して解析することで、生理状態や心理状態に関する情報を得ることができる。
例えば、脳波測定により測定した生体電気信号を、マーケティングや操作インタフェースなど、医療目的以外の用途に用いる例が増加している。特にこういった用途において、計測の簡便性の向上や利用者に対する負荷の軽減が強く求められている。

脳波の測定を容易に行うために、脳波を測定するための電極を備えた脳波電極保持具が用いられている。脳波電極保持具には予め脳波を測定するために電極が備えられており、頭部に装着することで、電極を頭皮に接触させ、接触した状態を維持することができる。

特許文献１には、多数の電極を定められた位置に配置するため、柔軟な伸縮性素材で作成されたネットキャップに電極が設置されたヘッドギアが記載されている。

装着中においては、脳波測定によって安定して情報を得るために、頭皮の正しい位置に電極を配置し、電気的に安定した接触を得ることが重要である。特許文献２には、測定精度を向上させるために、頭皮との接触圧を最適に保つことができる脳波測定用の電極を備えたヘルメットが記載されている。

電極装着の効率化や被験者の負担軽減のために、ペーストやジェルを用いないドライ電極が実用化されている。特許文献３に記載のドライ電極は、頭髪を掻き分けて頭皮に接触させるために、複数の電極ピンを備えている。

特許文献４には、頭髪の反発力を避け、頭髪を掻き分けて電極を頭皮に接触させるための頭髪の収容部を設けた脳活動計測用電極が記載されている。

特開２００２－１７７２３１号公報 特許第４２１６８８４号公報 特許第６１１２５３４号公報 特開２０１７－２０２２８８号公報

上記の先行技術文献に記載の電極等は、頭髪を掻き分けて頭皮と接触させることはできる。しかしながら、被験者の頭髪の量に違いある場合、頭皮との接触圧を適切に維持するために、被験者の頭髪の量の違いに応じた電極の位置調整が必要であった。

上記事情を踏まえ、本発明は、頭髪の量の違いによらず、電極と頭皮との接触圧を適切に維持することができる脳波電極および脳波電極保持具を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の脳波電極は、基材と、前記基材に取り付けられた電極部と、前記基材に取り付けられた支持部と、を備え、前記電極部は、弾性部材と、前記弾性部材に支持され、先端が個別に移動可能な複数の電極ピンとを有し、前記支持部は、くし状に立設する複数の支持ピンを有し、前記弾性部材が弾性変形していない状態において、前記電極ピンの先端は、前記支持ピンの先端より突出する。

本発明の脳波電極保持具は、上記の脳波電極と、被験者の頭部に取り付け可能な本体部と、前記脳波電極を支持し、前記本体部に取り付け可能な取付部と、を備える。

本発明の脳波電極および脳波電極保持具によれば、頭髪の量の違いによらず、電極と頭皮との接触圧を適切に維持することができる。

本発明の第一実施形態に係る脳波電極の正面図である。 同脳波電極の底面図である。 頭皮に接触させた同脳波電極を示す図である。 同脳波電極の変形例の正面図である。 同脳波電極の異なる態様の変形例の正面図である。 同脳波電極の異なる態様の変形例の底面図である。 本発明の第二実施形態に係る脳波電極保持具の斜視図である。 同脳波電極保持具の取付部に支持された脳波電極の斜視図である。 同脳波電極保持具の変形例の斜視図である。

（第一実施形態）
本発明の第一実施形態について、図１から図３を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る脳波電極１００の正面図である。図２は、脳波電極１００の底面図である。

脳波電極１００は、図１に示すように、基材１と、電極部２と、支持部３と、を備えている。

基材１は、電極部２および支持部３が取り付けられる支持面１ａを備えた円板状の部材である。基材１はプラスティック等で形成されている。

電極部２は、弾性部材２１と、弾性部材２１に支持された複数の電極ピン２２と、を有している。

弾性部材２１は、弾性変形する素材、例えばゴムで形成された円柱状の部材である。弾性部材２１の一方の面である第一面２１ａが基材１の支持面１ａに取り付けられている。弾性部材２１の他方の面である第二面２１ｂには複数の電極ピン２２が取り付けられている。図２に示すように、基材１の支持面１ａの中心と、第二面２１ｂの中心と、は略一致している。

電極ピン２２は、先端を頭皮に接触させて脳波の測定を行う脳波測定用のピンである。電極ピン２２は直径が１ｍｍから３ｍｍ程度の細長いピン形状である。各電極ピン２２には、基材１を介して、不図示の信号線が接続されており、各信号線は脳波電極によって測定された信号を集積する装置に接続されている。

複数の電極ピン２２の基端はそれぞれ、弾性部材２１の第二面２１ｂに支持されている。複数の電極ピン２２は、図２に示すように、弾性部材２１の外周と同心円上において均等に配置されている。複数の電極ピン２２は弾性部材２１に個別に支持されているため、複数の電極ピン２２の先端はそれぞれ異なる方向に移動可能である。

電極ピン２２は、ドライ電極であることが望ましい。ドライ電極を用いることで、導電ペーストを塗布することなく、頭毛を有する頭皮に電極を接触させることができ、脱着時の簡便性の向上に有効である。

支持部３は、複数の支持ピン３１を有する。

支持ピン３１は、直径が１ｍｍから５ｍｍの細長いピン形状である。支持ピン３１の基端が基材１の支持面１ａに取り付けられている。複数の支持ピン３１は、図１に示すように、略平行となるように支持面１ａに取り付けられており、支持面１ａから「くし状」に立設している。

複数の支持ピン３１は、図２に示すように、電極部２の周囲において、電極部２を取り囲むように配置されている。複数の支持ピン３１は、図２に示すように、基材１の外周と同心円上において均等に配置されている。

支持ピン３１の先端には、球形状に形成された先端部３１ａが設けられている。先端部３１ａは、頭皮と接触される部分であり、球形状となっているため、頭皮との接触時に頭皮を傷つけることを防止する。

支持ピン３１は、弾性変形しないプラスティック等で形成されている。支持ピン３１は細長く形成されているため可撓性を有しており、支持ピン３１の先端は若干であるが撓む。

支持ピン３１の先端部３１ａから、基材１の支持面１ａまでの距離は、いずれの支持ピン３１においてもほぼ同じである。

電極ピン２２の先端は、図１に示すように、弾性部材２１が弾性変形していない状態において、支持ピン３１の先端より１ｍｍから２ｍｍ程度突出している。以降の説明において、弾性部材２１が弾性変形していない状態において、先端が支持ピン３１の先端より突出する電極ピン２２の位置を、「初期位置」と称す。

電極ピン２２の先端を、弾性部材２１が位置する方向に対して押し込むことで弾性部材２１が弾性変形し、電極ピン２２は弾性部材２１が位置する方向に移動する。移動した電極ピン２２には、弾性部材２１の復元力によって、電極ピン２２が初期位置に移動する方向への圧力が加わる。

次に、脳波電極１００の使用時の動作について説明する。
図３は、頭皮Ｓに接触させた脳波電極１００を示す図である。使用時おいて、脳波電極１００は図３に示すように、基材１が固定バンド４に取り付けられる。被験者は、脳波電極１００が取り付けられた固定バンド４を頭部に装着する。

被験者もしくは補助者は、被験者の頭皮Ｓの脳波測定箇所に、電極ピン２２の先端が接触するように脳波電極１００を配置する。電極ピン２２の先端および支持ピン３１の先端は、図３に示すように、固定バンド４の張力によって、頭皮Ｓに押し付けられる。

電極ピン２２の先端および支持ピン３１の先端は、被験者の頭髪Ｈの量の違いによらず頭髪Ｈをかき分けることができるほど十分に細く形成されている。そのため、電極ピン２２の先端および支持ピン３１の先端は、被験者の頭髪Ｈの量の違いによらず、頭髪Ｈを掻き分けて頭皮Ｓまで達することができる。

初期位置にある電極ピン２２の先端がまず頭皮Ｓと接触する。次に、支持ピン３１の先端が頭皮に接触する。電極ピン２２の先端は、弾性部材２１が位置する方向に対して押し込まれ、電極ピン２２は弾性部材２１が位置する方向に移動する。弾性部材２１は自身の復元力によって、電極ピン２２に、頭皮Ｓに対する接触圧を加える。弾性部材２１は、電極ピン２２の先端が、被験者の頭髪Ｈの量の違いによらず頭髪Ｈをかき分けることができるほど十分な弾性力を有している。そのため、電極ピン２２の先端は、被験者の頭髪Ｈの量の違いによらず、頭皮Ｓとの間に電気的に安定して接触することができる。

支持ピン３１は、基材１と頭皮Ｓとの距離を一定に保つ「スペーサ」として機能する。被験者の頭髪Ｈの量の違いによらず、基材１と頭皮Ｓとの距離を一定に保つことができる。そのため、電極ピン２２の先端は、被験者の頭髪Ｈの量の違いによらず、頭皮Ｓに一定の接触圧で接触することができる。

脳波電極１００は、電極ピン２２を有しており、電極ピン２２の先端により頭皮Ｓとの接触面を形成する。また、複数の電極ピン２２は、弾性部材２１に個別に支持されているため、各電極ピン２２の先端はそれぞれ異なる方向に移動可能である。そのため、複数の電極ピン２２の先端は、接触する頭皮Ｓの形状に合わせた接触面を形成して、頭皮Ｓと安定して接触することができる。なお、複数の電極ピン２２の少なとも一本の電極ピン２２が頭皮Ｓと安定した接触を得ることができれば、脳波を測定することができる。

支持ピン３１は、基材１と頭皮Ｓとの距離を一定に保つ「スペーサ」として機能する。一方、支持ピン３１は可撓性を有しており、支持ピン３１の先端は若干であるが撓む。そのため、支持ピン３１の先端が接触する頭皮Ｓに凹凸があった場合であっても、例えば一部の支持ピン３１が撓むことで、支持ピン３１の先端が頭皮Ｓに接触しやすい。

複数の支持ピン３１は、図２に示すように、電極部２の周囲において、電極部２を取り囲むように配置されている。そのため、複数の支持ピン３１は、電極部２が頭皮Ｓ以外のものに接触し、電極ピン２２の先端等が損傷してしまうことを好適に防ぐことができる。また、複数の支持ピン３１は、可動する電極ピン２２の周囲を取り囲んでいるため、電極ピン２２を安定して頭皮Ｓに接触した状態を確保することができる。

本実施形態の脳波電極１００によれば、電極ピン２２の先端は、被験者の頭髪Ｈの量の違いによらず、頭皮Ｓとの間に電気的に安定して接触することができ、頭皮Ｓに一定の接触圧で接触することができる。

本実施形態の脳波電極１００によれば、電極ピン２２の先端と頭皮Ｓとの接触圧は、スペーサとして機能する支持ピン３１が確保する基材１と頭皮Ｓとの距離と、弾性部材２１の弾性率とから、被験者の頭髪Ｈの量の違いによらず、概ね算出することができる。そのため、事前の接触圧の設定が容易である。

以上、本発明の第一実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。また、上述の第一実施形態および以下で示す変形例において示した構成要素は適宜に組み合わせて構成することが可能である。

（変形例１）
例えば、上記実施形態では、基材１は柔軟性を有していないが、基材の態様はこれに限定されない。基材は、柔軟性を有する素材で形成されていてもよい。頭皮の形状に合わせて基材が湾曲することで、支持ピンの先端および電極ピンの先端を頭皮に接触させやすくなる。

（変形例２）
例えば、上記実施形態では、電極ピン２２は三本であったが、電極ピンの態様はこれに限定されない。電極ピンの本数を増やすことで、電極ピンの先端を頭皮Ｓに接触させやすくなり、好適に脳波の信号を測定することができる。

（変形例３）
例えば、上記実施形態では、弾性部材２１は、複数の電極ピン２２を支持していたが、弾性部材の態様はこれに限定されない。図４は、脳波電極１００の変形例である脳波電極１００Ｂの正面図である。脳波電極１００Ｂは、弾性部材２１Ｂと電極ピン２２とを有する電極部２Ｂを備えている。弾性部材２１Ｂは、コイルバネである。電極部２Ｂの五本の電極ピン２２のそれぞれは、異なる弾性部材２１Ｂによって支持されている。五本の電極ピン２２が個別に弾性部材２１Ｂによって支持されているため、五本の電極ピン２２の先端は、接触する頭皮Ｓの形状に合わせた接触面を形成しやすく、頭皮Ｓと安定して接触させやすい。

（変形例４）
例えば、上記実施形態では、支持ピン３１の先端部３１ａから、基材１の支持面１ａまでの距離は、いずれの支持ピン３１においても同じであったが、支持ピンの態様はこれに限定されない。図５は、脳波電極１００の変形例である脳波電極１００Ｃの正面図である。脳波電極１００Ｃの支持ピン３１Ｃは、先端部３１ａから基材１の支持面１ａまでの距離が均一ではない。図５に示すように、一部の支持ピン３１Ｃの先端は、初期位置にある電極ピン２２の先端よりも先端側に突出している。電極ピン２２の先端は、少なくとも一部の支持ピン３１Ｃの先端よりも先端側に突出していれば、電極ピン２２の先端が頭皮Ｓと接触した際に、電極ピン２２は弾性部材２１が位置する方向に対して押し込まれる。その結果、弾性部材２１は自身の復元力によって、電極ピン２２に、頭皮Ｓに対する接触圧を加えることができる。

（変形例５）
例えば、上記実施形態では、複数の支持ピン３１（支持部３）は、電極部２の周囲において、電極ピン２２を取り囲むように配置されていたが、電極ピンおよび支持ピンの配置はこれに限定されない。図６は、脳波電極１００の変形例である脳波電極１００Ｄの底面図である。脳波電極１００Ｄが備える電極ピン２２Ｄと支持ピン３１Ｄのように、電極ピン２２Ｄと支持ピン３１Ｄとが交互に並ぶように配置されていてもよい。電極ピン２２Ｄを保護する観点から、最外側は電極ピン２２Ｄではなく支持ピン３１Ｄであることが望ましい。

（第二実施形態）
本発明の第二実施形態について、図７から図９を参照して説明する。以降の説明において、既に説明したものと共通する構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。本実施形態に係る脳波電極保持具２００は、第一実施形態の脳波電極１００を保持するものである。

図７は、脳波電極保持具２００の斜視図である。
脳波電極保持具２００は、被験者の頭部を水平方向に取り込んで配置される本体フレーム部（本体部）５と、取付部６と、取付部６に取り付けられた脳波電極１００と、を備えている。

本体フレーム部（本体部）５は、柔軟性を有するベルトで形成されており、自身の張力によって被験者の頭部に接触する。本体フレーム部５には、取付部６を介して、複数の脳波電極１００が取り付けられている。脳波電極１００は、電極ピンが頭皮Ｓに接触するように、本体フレーム部５の内側に取り付けられている。

図８は、取付部６に支持された脳波電極１００の斜視図である。
取付部６は、柔軟性を有する部材であり、布やナイロン等の素材で形成されている。取付部６の中央部には、脳波電極１００の基材１における支持面１ａの反対側の面が取り付けられている。取付部６は三つ折りされて、両端部が重なり、面ファスナー等によって両端部は固定される。図８に示すように、取付部６の中央部と、固定された両端部と、の間に本体フレーム部５を通すことで、本体フレーム部５に脳波電極１００を装着することができる。

取付部６は、本体フレーム部５にスライド可能に取り付けられている。そのため、被験者等は、本体フレーム部５の内側に支持された脳波電極１００を直接手で触れて、本体フレーム部５に沿って移動させることが可能である。そのため、被験者等は装着中に脳波電極１００の位置調整等を容易に行うことができる。

（第二実施形態の効果）
本実施形態の脳波電極保持具２００によれば、容易に複数の脳波電極１００を被験者の頭皮Ｓに接触させることができる。また、電極ピン２２の先端は、被験者の頭髪Ｈの量の違いによらず、頭皮Ｓとの間に電気的に安定して接触することができ、頭皮Ｓに一定の接触圧で接触することができる。さらに、脳波電極保持具２００を装着中においても、脳波電極１００を直接手で移動させることができる。そのため、装着中に脳波電極１００の位置調整等を容易に行うことができる。

以上、本発明の第二実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。また、上述の第二実施形態および以下で示す変形例において示した構成要素は適宜に組み合わせて構成することが可能である。

（変形例６）
上記実施形態において、脳波電極保持具２００は、脳波電極１００が本体フレーム部５に取り付けられていたが、脳波電極保持具の態様はこれに限定されない。図９は、脳波電極保持具２００の変形例である脳波電極保持具２００Ｂの斜視図である。脳波電極保持具２００Ｂは、ヘッドマウントディスプレイＤと、ヘッドマウントディスプレイ用の固定ベルトＢと、ベルトＢに取付部６を介して取り付けられた脳波電極１００と、を備えている。既存のヘッドマウントディスプレイＤとヘッドマウントディスプレイ用の固定ベルトＢに、脳波電極１００を取付部６を用いて取り付けることで、容易に脳波電極保持具２００Ｂを構成することができる。脳波電極保持具２００Ｂを用いれば、ヘッドマウントディスプレイＤ装着者の脳波を、装着者の頭髪Ｈの量の違いによらず、容易に測定することができる。

本発明は、脳波等を測定する電極に適用することができる。

１００，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ 脳波電極
２００，２００Ｂ 脳波電極保持具
１ 基材
１ａ 支持面
２，２Ｂ 電極部
２１，２１Ｂ 弾性部材
２１ａ 第一面
２１ｂ 第二面
２２，２２Ｄ 電極ピン
３ 支持部
３１，３１Ｃ，３１Ｄ 支持ピン
３１ａ 先端部
４ 固定バンド
５ 本体フレーム部（本体部）
６ 取付部

Claims (7)

1. 基材と、
   前記基材に取り付けられた電極部と、
   前記基材に取り付けられた支持部と、
   を備え、
   前記電極部は、弾性部材と、前記弾性部材に支持され、先端が個別に移動可能な複数の電極ピンとを有し、
   前記支持部は、くし状に立設する複数の支持ピンを有し、
   前記弾性部材が弾性変形していない状態において、前記電極ピンの先端は、前記支持ピンの先端より突出する、
   脳波電極。
2. 前記電極部は、３本以上の前記電極ピンを有する、
   請求項１に記載の脳波電極。
3. 前記電極部は、前記基材の支持面に取り付けられ、
   前記支持ピンは、前記基材の前記支持面に取り付けられ、
   前記支持ピンは、前記電極部の周囲に配置されている、
   請求項１または請求項２に記載の脳波電極。
4. 前記支持部は、前記支持面において円上に配置されている、
   請求項３に記載の脳波電極。
5. 前記電極ピンの先端部の直径は１ｍｍから３ｍｍである、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の脳波電極。
6. 前記支持ピンの先端部の直径は１ｍｍから５ｍｍである、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の脳波電極。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の脳波電極と、
   被験者の頭部に取り付け可能な本体部と、
   前記脳波電極を支持し、前記本体部に取り付け可能な取付部と、
   を備えた脳波電極保持具。

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