JP7375957B2 - 脳波検出用電極、脳波測定装置及び脳波測定方法 - Google Patents
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Description
特許文献1~3の技術では、上記課題を考慮しておらず、新たな技術が求められていた。
[1]
被験者の頭部に接触して脳波を検出する脳波検出用電極であって、
基部と、
前記基部から突出する複数の突起部と、
前記突起部に設けられた電極部と、
を有し、
前記突起部は、弾性体であって錐体の形状を呈しており、
前記突起部の数N、前記突起部が呈する錐体の高さH、前記突起部が呈する錐体の幅Dは、前記複数の突起部に作用する荷重F、前記荷重Fが作用したときに前記突起部の先端が前記頭部と接触している領域に作用する圧力P、前記被験者の頭髪の厚みhとした場合に、下記の式(1)を満たす脳波検出用電極。
[2]
前記厚みhが0.5mm以上5.0mm以下である、[1]に記載の脳波検出用電極。
[3]
前記荷重Fが0.5N以上4.0N以下である、[1]または[2]に記載の脳波検出用電極。
[4]
前記圧力Pが10kPa以上1000kPaである、[1]から[3]までのいずれか1に記載の脳波検出用電極。
[5]
前記錐体の高さHが20mm以下である、[1]から[4]までのいずれか1に記載の脳波検出用電極。
[6]
前記突起部の材料の圧縮率が0.1%以上50%以下である、[1]から[5]までのいずれか1に記載の脳波検出用電極。
[7]
前記突起部が呈する錐体は角錐である、[1]から[6]までのいずれか1に記載の脳波検出用電極。
[8]
前記突起部が呈する錐体は六角錐である、[7]に記載の脳波検出用電極。
[9]
隣接する前記突起部の底面の辺が接触して配置されている、[7]または[8]に記載の脳波検出用電極。
[10]
前記突起部が呈する錐体は円錐である、[1]から[6]までのいずれか1に記載の脳波検出用電極。
[11]
前記突起部はシリコーンゴム組成物の硬化物を有して構成されている、[1]から[10]までのいずれか1に記載の脳波検出用電極。
[12]
[1]から[11]までのいずれか1に記載の脳波検出用電極と、
被験者の頭部に装着されるとともに、前記脳波検出用電極を取り付けるフレームと、
を有する脳波測定装置。
[13]
[12]に記載の脳波測定装置を被験者の頭部に装着して脳波測定を行う、脳波測定方法。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
図1は人の頭部99に装着した状態の脳波測定装置1を模式的に示す図である。脳波測定装置1を被験者の頭部99に装着して脳波測定を行う脳波測定方法が実行される。脳波測定装置1は、頭部99に装着され、脳波を生体からの電位変動として検出し、検出した脳波を脳波表示装置(図示せず)に出力する。脳波表示装置は、脳波測定装置1が検出した脳波を取得して、モニタ表示したり、データ保存したり、周知の脳波解析処理を行う。
図1に示すように、脳波測定装置1は、複数の脳波電極ユニット10と、フレーム20と、を有する。本実施形態では、脳波電極ユニット10は、5ch分(5個)設けられている。
図2にフレーム20の斜視図を示す。フレーム20は、例えばポリアミド樹脂のような硬質部材で帯状に、かつ人間の頭部99の形状に沿うように湾曲して形成されている。
図3に脳波電極ユニット10の正面図を示す。脳波電極ユニット10は、略円柱状の胴部11と、その一端側(図中下側)に設けられた脳波検出用電極50とを有する。
螺刻部13は、円柱形状の側面に螺刻した形状である。螺刻部13の一端(図中上側)に信号取出部12が設けられている。信号取出部12には信号出力端子が設けられるとともに、脳波電極ユニット10をフレーム20に螺着する際に作業者によって必要に応じて所定の治具を用いて操作される。螺刻部13の他端(図中下側)には、円柱状の電極固定部14が設けられている。電極固定部14に脳波検出用電極50が取り付けられる。
図4は脳波検出用電極50の正面図である。図5は脳波検出用電極50の平面図である。図6は脳波検出用電極50の断面図であり、特に図5のX1-X1断面図を示す。
突起部形成面52には、複数の錐体(角錐)の突起部60が整列して設けられている。より具体的には、突起部60は、底面が六角形であって頂点61から底面(すなわち突起部形成面52)への垂線が底面の重心を通る六角錐である。
尚、錐体は、三角錐、四角錐、六角錐、七角錐、八角錐等の多角錐であっても、円錐であってもよく、多角錐の場合は、八角錐以下が好ましく、四角錐または六角錐がより好ましい。
突起部60として円錐と角錐とを比較した場合、円錐に対して角錐では変形方向を制御しやすいという利点がある。
突起部60の形状としては四角錐と突起部60の突起幅と突起高さが同じ場合、突起部60の形状としては四角錐と六角錐を比較した場合、四角錐に比べて六角錘のほうが変形しにくい。よって、同一の強度を得るために必要な突起幅は六角錘のほうが小さくなり、円状である基部51の突起部形成面52に配置できる突起数を多くすることができる。
突起部60が呈する角錐が四角錐の場合、複数の突起部60の配置設計が容易であり、また、頭部99に押しつけた際の変形状態を予測しやすく、安定した脳波測定ができる。
隣接する突起部60の底辺同士が接しており、隙間無く配置されている。突起部60の配置全体が整列配置されていることが好ましく、平面視で左右対称、上下対称、回転対称となることが好ましい。本実施形態では、左右対称かつ上下対称の配置となっている。
突起部60の幅D(すなわち錐体の底面の幅)は、例えば、2mm以上5mm以下である。下限は、好ましくは2.5mm以上であり、より好ましくは2.7mm以上である。上限は、好ましくは4.5mm以下であり、より好ましくは4.0mm以下である。突起部60の幅Dをこのような範囲とすることで、突起形成面52に適正数の突起部60を配置することができる。なお、本実施形態において、幅D(すなわち錐体の底面の幅)とは、錐体の底面の外形の最小幅として定義する(例えば後述の図8参照)。
突起部60の高さHは、0.5mm以上20mm以下である。下限は、好ましくは2mm以上、より好ましくは4mm以上である。上限は好ましくは15mm以下であり、より好ましくは10mm以下である。突起部60の高さHをこの様な範囲とすることで、脳波検出用電極50を頭部99に押し当てた際に、押し当てる力が小さいのに突起部60が座屈等の変形をしてしまうことを防止でき、適切な接触状態を実現できる。なお、図7で後述するように、突起部60が髪に埋もれてしまうことがないようにする観点からも規定される。
隣接する突起部60の頂点61同士の最短距離Lが2mm以上5mm以下である。
下限は、好ましくは2.5mm以上であり、より好ましくは2.7mm以上である。上限は、好ましくは4.5mm以下であり、より好ましくは4.0mm以下である。電極部80が設けられている頂点61同士の最短距離Lをこのような範囲とすることで、最適な接触位置に電極部80を接触させて脳波測定が可能となる。また、毛髪を円滑にかき分けることができ、毛髪が頭皮と電極部80との間に入ってしまうことを防止できる。
図7及び図8を参照して、突起部60の高さHと幅Dの関係を説明する。以下では、六角錐、四角錐、三角錐及び円錐について具体的に説明する。
図7は突起部60の高さHと幅Dの関係を説明する図である。図8は六角錐、四角錐、三角錐及び円錐について、主要な構成の体積及び面積を数式で表した一覧表である。
ここでは、頭皮に接触させるために錐体の突起部60を所定の荷重Fで押しつけたときに、突起部60の頂点61が髪に埋もれず、頭皮と十分接触するような突起部60の高さHをさらに規定する。
図7(a)に示すように、頭部99の髪を押さえつけた状態の厚み(言い換えると、突起部60を髪に押し込む前の頂点61から頭皮までの距離)をhとして、六角錐の突起部60を六角柱(「単位格子」ともいう)で収容したときの、六角柱の体積から突起部60の体積を引いた体積(空間71)をV0とする。
厚みhは0.5mm以上5.0mm以下である。厚みhの下限値は特に制限は無いが、現実的な値として、上述のように0.5mm以上であり、好ましくは0.7mm以上であり、より好ましくは1.0mm以上である。上限値は、好ましくは4.5mm以下であり、より好ましくは4.0mm以下である。
体積V1>0を満たすときに、下記の式(2-2)で表すことができる。
ここで、突起部60の数N、突起部60を押しつけている圧力Pとしたときに、空間76の体積V2>0を満たすとき、すなわち、僅かに髪を収容する余裕があるときに、突起部60の高さHは、下記の式(3-2)で表すことができる。
突起部60が四角錐、三角錐および円錐の場合について、六角錐の場合において説明した考えに基づき、上記の式(3-2)に対応する関係式を求めると、四角錐については式(4-1)、三角錐については式(4-2)、円錐については式(4-3)が得られる。
突起部60が六角錐、四角錐、三角錐および円錐のときの高さHを具体的に計算すると次の通りである。
六角錐の場合、厚みh=3.5mm、幅D=2.9mm、荷重F=1N、圧力P=20kPa、突起部60の数N=26とした場合、高さHは、H>5.63mmと計算される。すなわち、突起部60が髪に埋もれず頭皮に適切に接触する観点において、突起部60の高さHは、図7(b)の状態の5.25mmより高い、5.63mmより高くする必要がある。
四角錐と同じ条件において、四角錐の場合、高さHはH>5.55mm、三角錐の場合、高さHはH>6.00mm、円錐の場合、高さHはH>5.40mmと計算される。
図6の脳波検出用電極50の断面形状に示すように、突起部60の内部には、電極部80に接続する導電性の信号線69が設けられている。信号線69は、突起部60の内部を導通する態様であれば各種の配置構造を採用し得る。例えば、信号線69の先端は、突起部60の先端あるいは先端部の傾斜面に対して、突出した構造、略同一面上となる構造、埋没した構造のいずれでもよい。電極部80との接続安定性の観点から、突出した構造を用いてもよい。信号線69の先端の突出部分は、一部または全体が電極部80で覆われている。
脳波検出用電極50(基部51、突起部60)の材料について説明する。脳波検出用電極50は、ゴム状の弾性体を有して構成されている。ゴム状の弾性体として、具体的にはゴムや熱可塑性エラストマー(単に「エラストマー(TPE)」ともいう)である。ゴムとしては、例えばシリコーンゴムがある。熱可塑性エラストマーとして、例えば、スチレン系TPE(TPS)、オレフィン系TPE(TPO)、塩化ビニル系TPE(TPVC)、ウレタン系TPE(TPU)、エステル系TPE(TPEE)、アミド系TPE(TPAE)などがある。
上記シリコーンゴムは、シリコーンゴム系硬化性組成物の硬化物で構成することができる。シリコーンゴム系硬化性樹脂組成物の硬化工程は、例えば、100~250℃で1~30分間加熱(1次硬化)した後、100~200℃で1~4時間ポストベーク(2次硬化)することによって行われる。
なお、絶縁性シリコーンゴム系硬化性組成物および導電性シリコーンゴム系硬化性組成物は、互いに異なるビニル基含有オルガノポリシロキサンをさらに含んでもよい。
本実施形態のシリコーンゴム系硬化性組成物は、架橋剤を含んでもよい。架橋剤は、オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B)を含むことができる。
オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B)は、直鎖構造を有する直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)と分岐構造を有する分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2)とに分類され、これらのうちのいずれか一方または双方を含むことができる。
なお、絶縁性シリコーンゴム系硬化性組成物および導電性シリコーンゴム系硬化性組成物は、互いに異なる架橋剤をさらに含んでもよい。
(Ha(R7)3-aSiO1/2)m(SiO4/2)n
(式(c)において、R7は一価の有機基、aは1~3の範囲の整数、mはHa(R7)3-aSiO1/2単位の数、nはSiO4/2単位の数である)
本実施形態に係るシリコーンゴム系硬化性組成物は、非導電性フィラーを含む。非導電性フィラーは、必要に応じ、シリカ粒子(C)を含んでもよい。これにより、エラストマーの硬さや機械的強度の向上を図ることができる。
なお、絶縁性シリコーンゴム系硬化性組成物および導電性シリコーンゴム系硬化性組成物は、互いに異なるシランカップリング剤をさらに含んでもよい。
本実施形態のシリコーンゴム系硬化性組成物は、シランカップリング剤(D)を含むことができる。
シランカップリング剤(D)は、加水分解性基を有することができる。加水分解基が水により加水分解されて水酸基になり、この水酸基がシリカ粒子(C)表面の水酸基と脱水縮合反応することで、シリカ粒子(C)の表面改質を行うことができる。
なお、絶縁性シリコーンゴム系硬化性組成物および導電性シリコーンゴム系硬化性組成物は、互いに異なるシランカップリング剤をさらに含んでもよい。
上記式(4)中、nは1~3の整数を表す。Yは、疎水性基、親水性基またはビニル基を有するもののうちのいずれかの官能基を表し、nが1の時は疎水性基であり、nが2または3の時はその少なくとも1つが疎水性基である。Xは、加水分解性基を表す。
上記官能基として疎水性基を有するものとして、例えば、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、n-プロピルトリメトキシシラン、n-プロピルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシランのようなアルコキシシラン;メチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリクロロシランのようなクロロシラン;ヘキサメチルジシラザンが挙げられる。この中でも、ヘキサメチルジシラザン、トリメチルクロロシラン、トリメチルメトキシシラン、及びトリメチルエトキシシランからなる群から選択される一種以上を含むトリメチルシリル基を有するシランカップリング剤が好ましい。
シランカップリング剤(D)の含有量を上記下限値以上とすることにより、エラストマーを含む柱状部と導電性樹脂層との密着性を高めることができる。また、シリコーンゴムの機械的強度の向上に資することができる。また、シランカップリング剤(D)の含有量を上記上限値以下とすることにより、シリコーンゴムが適度な機械特性を持つことができる。
本実施形態に係るシリコーンゴム系硬化性組成物は、触媒を含んでもよい。触媒は、白金または白金化合物(E)を含むことができる。白金または白金化合物(E)は、硬化の際の触媒として作用する触媒成分である。白金または白金化合物(E)の添加量は触媒量である。
なお、絶縁性シリコーンゴム系硬化性組成物および導電性シリコーンゴム系硬化性組成物は、互いに異なる触媒をさらに含んでもよい。
白金または白金化合物(E)の含有量を上記下限値以上とすることにより、シリコーンゴム系硬化性組成物が適切な速度で硬化することが可能となる。また、白金または白金化合物(E)の含有量を上記上限値以下とすることにより、製造コストの削減に資することができる。
また、本実施形態に係るシリコーンゴム系硬化性組成物には、上記成分(A)~(E)以外に、水(F)が含まれていてもよい。
さらに、本実施形態のシリコーンゴム系硬化性組成物は、上記(A)~(F)成分以外に、他の成分をさらに含むことができる。この他の成分としては、例えば、珪藻土、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化バリウム、酸化マグネシウム、酸化セリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸亜鉛、ガラスウール、マイカ等のシリカ粒子(C)以外の無機充填材、反応阻害剤、分散剤、顔料、染料、帯電防止剤、酸化防止剤、難燃剤、熱伝導性向上剤等の添加剤が挙げられる。
導電性シリコーンゴムは、シリコーンオイルを含まない構成であってもよい。これにより、電極部80の表面にシリコーンオイルがブリードアウトすることで導通性が低下することを抑制できる。
信号線69は、公知のものを使用することができるが、例えば、導電繊維で構成され得る。導電繊維としては、金属繊維、金属被覆繊維、炭素繊維、導電性ポリマー繊維、導電性ポリマー被覆繊維、および導電ペースト被覆繊維からなる群から選択される一種以上を用いることができる。これらを単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
電極部80の導電部材は、例えば、良導性金属を含むペーストである。良導性金属は、銅、銀、金、ニッケル、錫、鉛、亜鉛、ビスマス、アンチモン、或いはこれらの合金からなる群から選択される一種以上を含む。特に、入手性や導電性の観点から、銀や塩化銀、銅が好適である。
導電性シリコーンゴムは、シリコーンオイルを含まない構成であってもよい。これにより、電極部80の表面にシリコーンオイルがブリードアウトすることで導通性が低下することを抑制できる。
本実施形態の脳波検出用電極50の製造方法の一例は次の工程を含むことができる。
まず、金型を用いて、上記シリコーンゴム系硬化性組成物を加熱加圧成形し、基部51および突起部60からなる成形体を得る。続いて、得られた成形体の各突起部60の内部に、縫い針を用いて、信号線69を通す。その後得られた成形体の突起部60(頂点61を含む所定範囲)に、ペースト状の導電性溶液をディップ塗布し、加熱乾燥後、ポストキュアを行う。これにより、突起部60の表面に電極部80を形成できる。
以上により、脳波検出用電極50を製造することができる。
なお、上記成形工程時において、信号線69を配置した成形空間内に、上記シリコーンゴム系硬化性組成物を導入し、加圧加熱成形するインサート成形を用いてもよい。
10 脳波電極ユニット
11 ボディ部
12 信号取出部
13 螺刻部
14 電極固定部
20 フレーム
21 電極ユニット取付部
50 脳波検出用電極
51 基部
52 突起部形成面
60 突起部
61 頂点
69 信号線
80 電極部
Claims (13)
- 被験者の頭部に接触して脳波を検出する脳波検出用電極であって、
基部と、
前記基部から突出する複数の突起部と、
前記突起部に設けられた電極部と、
を有し、
前記突起部は、弾性体であって錐体の形状を呈しており、
前記電極部は前記突起部が呈する錐体の先端を覆って形成されており、
前記電極部が錐体の形状を呈する前記突起部の表面に形成されることにより、前記突起部に設けられた前記電極部が錐体の形状を呈しおり
前記突起部の数N、前記突起部が呈する錐体の高さH、前記突起部が呈する錐体の幅Dは、前記複数の突起部に作用する荷重F、前記荷重Fが作用したときに前記突起部の先端が前記頭部と接触している領域に作用する圧力P、前記被験者の頭髪の厚みhとした場合に、下記の式(1)を満たす脳波検出用電極。
- 前記厚みhが0.5mm以上5.0mm以下である、請求項1に記載の脳波検出用電極。
- 前記荷重Fが0.5N以上4.0N以下である、請求項1または2に記載の脳波検出用電極。
- 前記圧力Pが10kPa以上1000kPaである、請求項1または2に記載の脳波検出用電極。
- 前記錐体の高さHが20mm以下である、請求項1または2に記載の脳波検出用電極。
- 前記突起部の材料の圧縮率が0.1%以上50%以下である、請求項1または2に記載の脳波検出用電極。
- 前記突起部が呈する錐体は角錐である、請求項1または2に記載の脳波検出用電極。
- 前記突起部が呈する錐体は六角錐である、請求項7に記載の脳波検出用電極。
- 隣接する前記突起部の底面の辺が接触して配置されている、請求項7に記載の脳波検出用電極。
- 前記突起部が呈する錐体は円錐である、請求項1または2に記載の脳波検出用電極。
- 前記突起部はシリコーンゴム組成物の硬化物を有して構成されている、請求項1または2に記載の脳波検出用電極。
- 請求項1または2に記載の脳波検出用電極と、
被験者の頭部に装着されるとともに、前記脳波検出用電極を取り付けるフレームと、
を有する脳波測定装置。 - 請求項12に記載の脳波測定装置を被験者の頭部に装着して脳波測定を行う、脳波測定方法。
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