JPWO2019181389A1

JPWO2019181389A1 - 生体情報測定用電極

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Publication number: JPWO2019181389A1
Application number: JP2020507465A
Authority: JP
Inventors: 高橋　功; 高橋　　功
Original assignee: Alps Electric Co Ltd; Alps Alpine Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2018-03-23
Filing date: 2019-02-26
Publication date: 2020-10-22
Also published as: WO2019181389A1

Abstract

生体情報測定用電極（１０Ａ）は、生体と接触する電極脚（３０）と、電極脚（３０）を支持する基体部（２０）と、を有する生体情報測定用電極であって、基体部（２０）は、電極脚（３０）が挿入される貫通孔（２１）を有し、貫通孔（２１）には、電極脚（３０）を基体部（２０）に対して所定の荷重で変位可能な状態で支持する支持部が設けられている。

Description

本発明は、生体情報測定用電極に関する。

例えば、脳波、脈波、心電、筋電、体脂肪など生体情報の測定には、皮膚などの生体に接触させる電極脚を備えた電極（生体情報測定用電極）が用いられる。電極脚は、一般に金属などの導電性材料で形成されている。生体情報測定用電極を生体に取り付ける際には、電極脚を生体に接触させて、生体情報に関する電気信号を電極脚を介して生体情報測定用電極で取得し、生体情報（例えば、脳波など）を測定する。

生体情報の測定時に、患者や被験者（以下、「患者など」という）が動いたり、外部から衝撃が加わると、生体情報測定用電極が患者などとの接触部分からずれたり外れてしまう可能性がある。そのため、生体情報を測定する際には、患者などが動いたりすることなどにより生体情報測定用電極が患者などから容易に外れないように、生体情報測定用電極を生体に固定する必要がある。

生体情報測定用電極を生体に固定する方法として、例えば、複数の電極ピンを有する電極アセンブリを、平坦またはフィルム状に形成され、弾力性がある保定部品に取り付けて、電極ピンを動物または人間の皮膚表面に付着させて固定する装置が開示されている（例えば、特許文献１）。この装置では、患者などが動いても、電極ピンが皮膚表面から容易に外れたり、電極ピンの位置が動かないように、電極ピンを皮膚表面に固定しながら皮膚表面からの電圧と電流を引き込んでいる。

日本国特開２０１５−１２８５９５号公報

しかしながら、特許文献１の電極アセンブリに用いられる電極ピンは、金属などで形成されているため、硬く折れ難い。そのため、電極アセンブリを患者などの皮膚表面に装着している時に、患者などの近くの人や物が電極アセンブリにぶつかったり、患者などが転倒したりした場合などに、電極ピンが患者などの頭皮や頭蓋骨など生体の一部を強く押し付けて傷つける可能性がある。

本発明の一態様は、誤って外部から荷重が加わった場合でも、電極脚が生体にダメージを与えることを回避することができる生体情報測定用電極を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る生体情報測定用電極は、生体と接触する電極脚と、前記電極脚を支持する基体部と、を有する生体情報測定用電極であって、前記基体部は、前記電極脚が挿入される貫通孔または切欠きを有し、前記貫通孔または前記切欠きには、前記電極脚を前記基体部に対して所定の荷重で変位可能な状態で支持する支持部が設けられている。

本発明の一態様に係る生体情報測定用電極は、誤って外部から荷重が加わった場合でも、電極脚３０が生体にダメージを与えることを回避することができる。

第１の実施形態に係る生体情報測定用電極の外観を示す斜視図である。図１のI−I断面図である。図１の平面図である。図３のII−II断面図である。生体情報測定用電極を備えた検査装置を用いて患者などの脳波を測定する一例を示す図である。電極脚が基体部に対して変位する状態の一例を示す図である。電極脚が基体部に対して変位する状態の他の一例を示す図である。電極脚が基体部に対して変位する状態の他の一例を示す図である。支持部の構成の他の一例を示す図である。生体情報測定用電極の他の構成の一例を示す斜視図である。図１０の平面図である。生体情報測定用電極の他の構成の一例を示す部分拡大平面図である。生体情報測定用電極の他の構成の一例を示す斜視図である。図１３のIII−III断面図である。第２の実施形態に係る生体情報測定用電極の平面図である。図１５のIV−IV断面図である。弾性部材の構成の一例を示す斜視図である。生体情報測定用電極の他の構成の一例を示す斜視図である。図１８の平面図である。

以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。なお、理解の容易のため、図面における各部材の縮尺は実際とは異なる場合がある。本明細書では、３軸方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）の３次元直交座標系を用い、生体情報測定用電極の中心軸Ｊに平行な方向をＺ軸方向とし、中心軸Ｊに直交する面において、互いに直交する２つの方向のうち一方をＸ軸方向とし、他方をＹ軸方向とする。以下の説明において、＋Ｚ軸方向を上といい、−Ｚ軸方向を下という場合がある。

［第１の実施形態］
＜生体情報測定用電極＞
第１の実施形態に係る生体情報測定用電極について説明する。本実施形態では、一例として、生体の一部である頭皮や額に生体情報測定用電極を接触させて生体情報の測定を行う場合について説明する。本実施形態に係る生体情報測定用電極は、生体の一部に接触させて生体情報の測定を行うものであればよく、例えば、頭皮や額以外の皮膚などの一部に接触させて生体情報の測定を行うものでもよい。

図１は、第１の実施形態に係る生体情報測定用電極の外観を示す斜視図であり、図２は、図１のI−I断面図であり、図３は、図１の平面図である。図１および図２中の一点鎖線は、生体情報測定用電極の中心軸Ｊを示す。中心軸Ｊとは、生体情報測定用電極を生体に設置した際の中心となる軸である。図１〜図３に示すように、生体情報測定用電極１０Ａは、基体部２０と、頭皮と接触する、複数（図１〜図３では、８個）の電極脚３０とを備えて構成されている。更に、本実施形態では、生体情報測定用電極１０Ａは、基体部２０の上面に、突出部２３とその一部に保持部２４を備えている。

［基体部］
基体部２０は、平面視（＋Ｚ軸方向から見たとき）において、図３に示すように、略円形に形成されている。

基体部２０を形成する材料としては、導電性エラストマー、カーボン材料、金属、または導電性セラミックスなどを用いることができる。本実施形態では、基体部２０は、導電性エラストマーで形成されている。電極脚３０は、後述のように導電性材料を用いて形成されているので、電極脚３０の先端部３０１側から基体部２０まで導通していることになる。

基体部２０を形成する材料として用いられる導電性エラストマーとしては、その種類は特に限定されるものではない。導電性エラストマーは、例えば、導電性フィラーをゴム弾性を有する非導電性エラストマーに一定の配合割合で均一に混合することで得られる。基体部２０は、ゴム弾性を有する非導電性エラストマーを含んで成形されることで、低い弾性率を有する。そのため、生体情報測定用電極１０Ａの使用時に、基体部２０は頭皮や額の凹凸形状に追従して変形し易いので、頭皮や額への接触を確実にできると共に、頭皮や額への押圧力を緩和できる。

上述の導電性フィラーとしては、導電性を有していれば、その種類は特に限定されるものではない。例えば、導電性フィラーとしては、グラファイト、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーンまたはカーボンファイバー（炭素繊維）などのカーボン材料；アルミニウム、金、銀、銅、鉄、白金、クロム、スズ、インジウム、アンチモン、チタン、またはニッケルなどの金属；いわゆるＡＢＯ_３型のペロブスカイト型複合酸化物などの導電性セラミックスなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの導電性フィラーは１種単独で用いられてもよいし、２種以上併用してもよい。耐久性の点から、カーボン材料を用いることが好ましい。

上述の非導電性エラストマーとしては、例えば、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、アクリルニトリルブタジエンゴム、ブチルゴム、ウレタンゴム、またはフッ素ゴムなどが挙げられる。これらは、１種単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中では、耐久性などの点から、シリコーンゴムを用いることが好ましい。

基体部２０を形成する材料として用いられるカーボン材料としては、グラファイト、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーンまたはカーボンファイバー（炭素繊維）などを用いることができる。

基体部２０を形成する材料として用いられる金属としては、アルミニウム、金、銀、銅、鉄、白金、クロム、スズ、インジウム、アンチモン、チタン、またはニッケルなどを用いることができる。

基体部２０を形成する材料として用いられる導電性セラミックスとしては、いわゆるＡＢＯ_３型のペロブスカイト型複合酸化物などを用いることができる。

また、基体部２０は、その表面に導電層を形成する場合には、絶縁材料を用いて形成することができる。なお、絶縁材料とは、導電性がないか導電性が極めて小さい材料をいう。絶縁材料としては、上記の非導電性エラストマー、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリアミド（ＰＡ）、または液晶ポリマー（ＬＣＰ）などを用いることができる。導電層の詳細については、後述する。

基体部２０は、その基部に、電極脚３０が挿入される、複数（図３では、８個）の貫通孔２１と、貫通孔２１の内周面に設けられた、電極脚３０を支持する支持部２２Ａとを有する。

貫通孔２１は、電極脚３０が挿入される孔であり、基体部２０に環状に複数形成されている。貫通孔２１は、平面視（＋Ｚ軸方向から見た時）において略円形に形成されており、電極脚３０が貫通可能な大きさを有する。なお、貫通孔２１の数は、基体部２０の大きさなどに基づいて設計される。

支持部２２Ａは、電極脚３０を、貫通孔２１内で、基体部２０に対して所定の荷重で変位可能な状態で支持するものである。図３に示すように、支持部２２Ａは、貫通孔２１の内周面に、周方向に所定間隔を有して電極脚３０の側面に向けて突出して設けられた、３つの突起部２２１で構成される。

図３に示すように、突起部２２１は、平面視（＋Ｚ軸方向から見た時）において貫通孔２１の内周面側から内側に向かって先端が細くなる台形状に形成され、突起部２２１の端部は電極脚３０と面接触している。電極脚３０は、３つの突起部２２１により挟み込まれた状態で支持されているため、電極脚３０は、基体部２０に所定の荷重が加わると、基体部２０に対して変位する。また、３つの突起部２２１のうちの少なくとも一つが、生体情報測定用電極１０Ａに所定の荷重が加わることで破損した場合などでも、電極脚３０は、基体部２０に対して変位して、貫通孔２１から抜けて基体部２０と分離することもできる。

なお、所定の荷重とは、患者や被験者（患者など）の近くの人や物が生体情報測定用電極１０Ａに接触したり、患者などが転倒した場合などに生体情報測定用電極１０Ａに加わる応力であり、例えば、好ましくは０．５ｋｇｆ以上の応力をいい、より好ましくは０．８ｋｇｆ以上の応力をいい、さらに好ましくは１ｋｇｆ以上の応力をいう。

また、電極脚３０は、３つの突起部２２１により、基体部２０の裏面（下面）に対して直角以外の交差する方向に変位可能に貫通孔２１内に支持されている。具体的な変位については、後で詳細に説明する。

さらに、図４に示すように、突起部２２１は、貫通孔２１内に、Ｚ軸方向に所定の長さを有し、電極脚３０の外周面は突起部２２１と電極脚３０の軸方向に沿って面接触している。そのため、電極脚３０は、支持部２２Ａに電極脚３０の軸方向に沿って摺動しながら変位する。なお、突起部２２１のＺ軸方向における長さは、電極脚３０をその軸方向に沿って摺動可能に支持可能な長さであればよい。

支持部２２Ａは、導電性を有する材料で形成され、上記の、基体部２０を形成する材料と同様の材料を用いて形成することができる。支持部２２Ａは、基体部２０と同一の材料で形成されていてもよいし、異なる材料で形成されていてもよい。支持部２２Ａは、基体部２０と一体に成形されてもよいし、別々に成形されてもよい。

また、本実施形態では、図１および図２に示すように、生体情報測定用電極１０Ａは、基体部２０の上面に基体部２０と一体で設けられ、平面視において基体部２０の略中央部（中心軸Ｊが通る位置）から＋Ｚ軸方向に突出して設けられた突出部２３を有する。また、突出部２３には、外周形状が他の部分より小さい保持部２４が形成され、保持部２４の外周には、金属層２５が形成されている。金属層２５としては、金、銀、または銅などの金属が好適に用いられる。なお、保持部２４の外周には、金属層２５以外に、導電性を有する材料により形成された層を設けてもよい。

［電極脚］
図３に示すように、電極脚３０は、基体部２０の８つの貫通孔２１にそれぞれ挿入され、貫通孔２１内で３つの支持部２２Ａに挟み込まれることにより、電極脚３０は、貫通孔２１内で電極脚３０の軸方向に挿脱可能に支持されている。本実施形態では、図２に示すように、電極脚３０は、貫通孔２１内で３つの支持部２２Ａにより、基体部２０の主面に対して直角となるように支持されている。そのため、電極脚３０は、３つの支持部２２Ａにより、基体部２０の主面に対する垂直方向に変位可能な状態で支持されている。

電極脚３０は、円柱状に形成されており、その先端に頭皮と接触可能な先端部３０１を有する。先端部３０１は、先端に丸みがある曲面形状に形成されており、本実施形態では、ドーム形状に形成されている。なお、先端部３０１は、ドーム形状に形成されている部分であり、生体である頭皮と接触する先端と、頭皮と接触する可能性のある、先端の周辺領域を含む。先端部３０１の形状は、他の曲面形状として、丸みがある円錐形状でもよいし、頭皮に接触できる端面を有する平坦形状であってもよい。

電極脚３０は、導電性を有する材料で形成され、上記の、基体部２０を形成する材料と同様の材料を用いて形成することができる。支持部２２Ａは、基体部２０と同一の材料で形成されていてもよいし、異なる材料で形成されていてもよい。

なお、電極脚３０は、全ての貫通孔２１に挿入されているが、全ての貫通孔２１に挿入されていなくてもよい。

生体情報測定用電極１０Ａでは、基体部２０、支持部２２Ａ、突出部２３、および電極脚３０は、いずれも、導電性を有する。電極脚３０は、支持部２２Ａを介して基体部２０と電気的に接続されているため、電極脚３０の先端部３０１から基体部２０を介して突出部２３の保持部２４に電気的に接続されることになる。

生体情報測定用電極１０Ａの製造方法の一例について説明する。生体情報測定用電極１０Ａは、基体部２０の貫通孔２１に電極脚３０を挿入して支持部２２Ａで挟持した状態で支持させることで得られる。基体部２０、支持部２２Ａおよび突出部２３は、基体部２０、支持部２２Ａおよび突出部２３を形成する材料（樹脂や金属など）を用いて一体に成形することで得られる。基体部２０、支持部２２Ａおよび突出部２３は、圧縮成形（コンプレッション成形）、射出成形（インジェクション成形）、または押出成形（トランスファー成形）など公知の成形方法で、所望の形状を有する基体部２０、支持部２２Ａおよび突出部２３を成形することができる。これらの成形法を用いる際、基体部２０、支持部２２Ａおよび突出部２３の形状に対応した金型が用いられる。

また、基体部２０、支持部２２Ａおよび突出部２３は、一体に成形する方法に限定されない。例えば、基体部２０、支持部２２Ａおよび突出部２３を、別々に成形した後、基体部２０と突出部２３とを溶接や接着剤などを用いて接合すると共に、基体部２０の貫通孔２１ごとに、貫通孔２１の内周面に３つの支持部２２Ａを溶接や接着剤などを用いて接合してもよい。

次に、一実施形態に係る生体情報測定用電極１０Ａを備えた検査装置を用いて被験者の脳波を測定する場合の一例について説明する。図５は、生体情報測定用電極１０Ａを備えた検査装置を用いて患者などの脳波を測定する一例を示す図である。

図５に示すように、検査装置５０は、生体情報測定用電極１０Ａと、患者などの頭部にかぶせるキャップ５１と、導線５２と、測定部５３と、表示部５４とを有する。

キャップ５１は、患者などの頭部を覆うように帽子またはヘルメットの形状を有し、合成樹脂や布などで形成される。生体情報測定用電極１０Ａが、キャップ５１に所定間隔で複数カ所（例えば、２１か所）に設けられ、患者などの頭皮５５の任意の場所に取り付けられる。また、導線５２は、例えば、リード線などであり、一端が突出部２３の保持部２４の表面に設けた金属層２５に接続され、他端が測定部５３に接続される。また、測定部５３は、電源部５３１、および頭皮からの生体情報信号（電気信号）を解析して、生体情報として脳波を測定する信号解析部５３２を有する。また、表示部５４は、モニターであり、信号解析部５３２で解析された脳波５４１を表示する。脳波５４１は、その周波数により、例えば、α波（８〜１３Ｈｚ）、β波（１４〜３０Ｈｚ）、θ波（４〜７Ｈｚ）、δ波（０．５〜３Ｈｚ）に分類される。

電源部５３１を入れて、測定を開始すると、頭皮からの電気信号が頭皮５５から電極脚３０の先端部３０１（図１および図２参照）に伝えられる。伝達された電気信号は、先端部３０１（図１および図２参照）から、電極脚３０（図１および図２参照）、支持部２２Ａ（図１および図２参照）、および基体部２０（図１および図２参照）を介して、突出部２３（図１および図２参照）の保持部２４（図２参照）に伝えられる。保持部２４（図２参照）に伝えられた電気信号は、保持部２４（図２参照）から、金属層２５（図１および図２参照）、導線５２、および測定部５３の順に伝えられる。信号解析部５３２は、伝えられた電気信号を解析して、表示部５４に脳波（例えば、α波、β波、θ波など）５４１を表示する。

以上のように構成された生体情報測定用電極１０Ａは、基体部２０に、電極脚３０が挿入される貫通孔２１と、貫通孔２１の内周面に、電極脚３０を貫通孔２１で支持する支持部２２Ａとを有し、支持部２２Ａは、３つの突起部２２１で構成されている。電極脚３０の表面と突起部２２１の先端の表面との摩擦力により、生体情報測定用電極１０Ａを電極脚３０の先端部３０１が下向きとなるように平面上に置いても、基体部２０、金属層２５、および導線５２の重さでは、基体部２０は移動しない（落下しない）ように、電極脚３０は支持部２２Ａにより挟持されている。この摩擦力の大きさは、電極脚３０および支持部２２Ａの材質、電極脚３０の外径、３つの突起部２２１により形成される内側包絡円の内径、電極脚３０と支持部２２Ａとの接触面積や、電極脚３０および支持部２２Ａの表面粗さなどにより決定できる。

これにより、電極脚３０は安定して支持部２２Ａに挟持された状態で保持されると共に、電極脚３０は支持部２２Ａと電気的に安定して接続される。また、電極脚３０と貫通孔２１との間には、間隙があるが、電極脚３０は、その自重により、基体部２０に対してほぼ直角に支持部２２Ａにより挟持された状態で保持される。そして、上述した、摩擦力以上のＺ軸方向の荷重が基体部２０に対して加わると、電極脚３０は、基体部２０に対して上下方向に変位するように、支持部２２Ａにより貫通孔２１で電極脚３０を基体部２０に対して所定の荷重で変位可能な状態で支持されている。なお、所定の荷重とは、上述の通り、患者などの近くの人や物が生体情報測定用電極１０Ａに接触したり、患者などが転倒した場合などに生体情報測定用電極１０Ａに加わる応力であり、例えば、好ましくは０．５ｋｇｆ以上の応力をいう。

また、基体部２０にＸ軸方向やＹ軸方向に荷重が加わると、電極脚３０は、基体部２０に対して貫通孔２１と電極脚３０との間の間隙の範囲で支持部２２Ａを中心に傾斜するように、貫通孔２１で電極脚３０を基体部２０に対して所定の荷重で変位可能な状態で支持されている。

そのため、生体情報測定用電極１０Ａが電極脚３０を生体である頭皮に接触させている状態で、患者などの近くの人や物が生体情報測定用電極１０Ａに接触したり、患者などが転倒した場合など生体情報測定用電極１０Ａに外部から所定の荷重が加わると、電極脚３０は、基体部２０に対して上記荷重が加わる方向とは反対方向に変位できる。

例えば、図６に示すように、生体情報測定用電極１０Ａが電極脚３０を生体である頭皮５５に接触させている状態で取り付けられているとする（図６中の上図参照）。この場合に、生体情報測定用電極１０Ａに所定の荷重が外部から頭皮５５側に向かって加わると、電極脚３０は、先端部３０１が生体６１に接触した状態で、基体部２０に対して上記荷重が加わる方向とは反対方向に変位して、電極脚３０の先端部３０１の位置が基体部２０側に移動する（図６中の下図参照）。

また、図７に示すように、生体情報測定用電極１０Ａに外部から斜めに荷重が加わった場合でも、電極脚３０は、先端部３０１が生体６１に接触した状態で、基体部２０に対して斜めに傾斜した状態で上記荷重が加わる方向とは反対方向に変位して、電極脚３０の先端部３０１の位置が基体部２０側に移動する。

さらに、図８に示すように、生体情報測定用電極１０Ａに外部から所定の荷重が加わった場合や、支持部２２Ａを構成する、３つの突起部２２１が、生体情報測定用電極１０Ａに所定の荷重が加わると破損する場合などには、電極脚３０は貫通孔２１から抜けて基体部２０から分離できる。

よって、生体情報測定用電極１０Ａは、生体情報測定用電極１０Ａが患者などの頭皮など生体に取り付けている状態で、誤って外部から生体情報測定用電極１０Ａに所定の荷重が生体側に向かって加わった場合でも、電極脚３０が頭皮の表面を強く押し付けて頭皮の表面に食い込むことを抑えることができる。これにより、電極脚３０が頭皮にダメージを与えることを回避することができるので、生体情報測定用電極１０Ａの使用時に患者などが転倒した場合などでも、患者などの安全性を確保できる。

また、本実施形態では、電極脚３０は、支持部２２Ａを３つの突起部２２１で構成し、電極脚３０は、支持部２２Ａにより電極脚３０の軸方向に摺動可能に変位するように支持されている。そのため、生体情報測定用電極１０Ａに生体６１側に向かって所定の荷重が加わった際、電極脚３０はその軸方向に沿って支持部２２Ａを摺動できるため、電極脚３０を基体部２０に対して容易に変位させることができる。これにより、電極脚３０の先端部３０１の位置を基体部２０側に移動させたり、電極脚３０を貫通孔２１から抜いて基体部２０と分離させることを容易にできる。また、支持部２２Ａは、基体部２０の貫通孔２１に設けられるため、電極脚３０を基体部２０に対して電極脚３０の軸方向に摺動可能に支持する機構を用いる場合に比べて、支持部２２Ａの構造を簡素にできる。

さらに、本実施形態では、電極脚３０は、基体部２０の裏面に対して直角以外の交差する方向に変位するように貫通孔２１内の支持部２２Ａで支持されている。電極脚３０は、基体部２０に対して交差方向に変位できる。そのため、例えば、図７に示すように、生体情報測定用電極１０Ａに対して所定の角度で斜めに所定の荷重が加わった場合でも、電極脚３０は、支持部２２Ａを構成する３つの突起部２２１を起点にして、荷重が加わる方向と反対方向に容易に動ける。

また、本実施形態では、支持部２２Ａは、基体部２０の貫通孔２１に電極脚３０の外周に向き合おうように突出して設けられた、３つの突起部２２１を有している。そして、３つの突起部２２１により電極脚３０を挟み込んで支持することで、生体情報測定用電極１０Ａに所定の荷重が加わった際に電極脚３０が変位できるようしている。よって、生体情報測定用電極１０Ａは、貫通孔２１において、３つの突起部２２１により電極脚３０を容易に支持できる。また、３つの突起部２２１により電極脚３０を挟み込んで支持しているため、貫通孔２１の内周面の全面で電極脚３０を支持する場合などに比べて電極脚３０を小さい接触面積で支持できる。そのため、生体情報測定用電極１０Ａは、貫通孔２１において、３つの突起部２２１により電極脚３０を所定の荷重で変位可能な状態に容易に設定できる。

このように、生体情報測定用電極１０Ａは、生体情報測定用電極１０Ａの使用時に患者などが転倒などして誤って外部から荷重が加わった場合でも、電極脚３０が頭皮にダメージを与えることを回避し、患者などの安全性を確保できる。そのため、生体情報測定用電極１０Ａは、脳波以外に、例えば、脈波、心電、筋電、体脂肪など様々な生体の情報を皮膚に接触させて測定する生体情報測定用電極として好適に用いることができる。

［変形例］
生体情報測定用電極１０Ａの一例を示したが、これに限定されない。以下に、生体情報測定用電極１０Ａの変形例のいくつかについて、図９〜図１４を参照して説明する。

基体部２０の変形例について説明する。

まず、基体部２０を構成する支持部２２Ａの変形例について説明する。本実施形態では、支持部２２Ａは、図３に示すように、基体部２０の平面視（＋Ｚ軸方向から見た時）において台形状に形成されているが、支持部２２Ａは、基体部２０の平面視において長方形状などに形成されていてもよい。

本実施形態では、支持部２２Ａは、３つの突起部２２１で構成されているが、突起部２２１の数は、１つでもよいし、２つでもよいし、４つ以上でもよい。支持部２２Ａが１つの突起部２２１で構成される場合、図９に示すように、支持部２２Ａは、１つの突起部２２１と、突起部２２１と対向する貫通孔２１の内周面２１ａとにより構成されることになる。突起部２２１と、貫通孔２１の内周面２１ａとの間に電極脚３０を挟み込むことで、電極脚３０は、貫通孔２１内に、基体部２０に対して所定の荷重で変位可能な状態で支持される。

また、本実施形態では、支持部２２Ａは、電極脚３０をその軸方向に摺動可能に変位させているが、支持部２２Ａは、電極脚３０を摺動以外の方法により電極脚３０の軸方向に変位させるようにしてもよい。

さらに、本実施形態では、支持部２２Ａを、図２に示すように貫通孔２１の軸方向に３つの突起部２２１を一組み配置して電極脚３０と面接触させているが、貫通孔２１の軸方向に複数組み配置して、それぞれの支持部２２Ａを電極脚３０に接触させることで、電極脚３０を変位可能に支持してもよい。また、この場合、支持部２２Ａの突起部２２１は電極脚３０と面接触させる以外に点接触などにより電極脚３０をその軸方向に変位できるように支持させてもよい。

次に、基体部２０を構成する貫通孔２１の部分の変形例について説明する。

本実施形態では、基体部２０に、電極脚３０を支持するための貫通孔２１を設けているが、基体部２０は、貫通孔２１に代えて、図１０および図１１に示すように、電極脚３０が挿入される切欠き２６を有してもよい。切欠き２６は、基体部２０の端面に形成される切欠き２６の開口部の幅Ｗが電極脚３０の外径Ｄよりも大きくなるように形成するのが好ましい（図１１を参照）。これにより、電極脚３０は、切欠き２６に対して基体部２０の主面側から挿入する他に、基体部２０の端面側からも挿入できる。また、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に基体部２０または電極脚３０に荷重が加わると、電極脚３０は切欠き２６の開口部から外れることができる。そのため、誤って外部から生体情報測定用電極１０Ａに荷重が加わった場合に、電極脚３０が生体にダメージを与えることをより回避し易くなり、患者などの安全性がより確保し易くなる。

なお、図１０および図１１では、支持部２２Ａは、３つの突起部２２１で構成されているが、突起部２２１の数は、１つでもよいし、２つでもよいし、４つ以上でもよい。また、図１０および図１１でも、突起部２２１が一つの場合には、図１２に示すように、支持部２２Ａは、１つの突起部２２１と、切欠き２６の内周面２６ａとにより構成される。１つの突起部２２１と、切欠き２６の内周面との間に電極脚３０を挟み込んで、電極脚３０は、基体部２０に対して所定の荷重で変位可能な状態で支持される。

次に、生体情報測定用電極１０Ａを構成する部材の他の変形例について説明する。

本実施形態では、生体情報測定用電極１０Ａは、８個（図３参照）の電極脚３０を有するが、電極脚３０は１つでもよいし、２〜７個でもよいし、９個以上でもよい。

（導電層）
本実施形態では、電極脚３０の先端部３０１の表面に導電層が形成されていてもよい。生体情報測定用電極１０Ａは、電極脚３０の先端部３０１の表面に導電層を有することで、電極脚３０の先端部３０１が頭皮と直接接触している場合よりも、頭皮と生体情報測定用電極１０Ａとの間の接触インピーダンスを下げられる。また、金属により形成されている生体情報測定用電極は、金属アレルギーを持つ患者などには用いることはできない。導電層は、導電性高分子を含んで形成されているため、導電層が頭皮に接触しても患者などに金属アレルギーを生じさせることはなく、安全である。よって、生体情報測定用電極１０Ａは、全ての患者などに安心して使用することができる。

また、導電層は、先端部３０１の表面以外に、電極脚３０の他の部分に形成されていてもよいし、基体部２０および電極脚３０の全面に形成されていてもよい。例えば、基体部２０が絶縁材料で形成されている場合には、基体部２０の導通を確保するため、導電層は、基体部２０の全面に形成する。

導電層は、導電性高分子を含有することが好ましい。導電性高分子としては、例えば、ポリ３、４−エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）にポリスチレンスルホン酸（ポリ４−スチレンサルフォネート；ＰＳＳ）をドープしたＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレン、またはポリピロールなどを用いることができる。中でも、頭皮など生体との接触インピーダンスがより低く、高い導電性を有する点から、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを用いることが好ましい。

導電層の厚さは、１〜５μｍであることが好ましい。この範囲内であれば、導電層は導電性を有することができるので、頭皮などから伝達される電気信号を安定して通電させることができる。なお、導電層の厚さとは、導電層の厚さの平均値をいう。例えば、導電層の断面において、任意の場所で数カ所（例えば、６か所程度）測定した時、これらの測定箇所の厚さの平均値をいう。また、本実施形態において、厚さとは、導電層の接触面に対して垂直方向の層の長さをいう。

（端子部）
本実施形態では、生体情報測定用電極１０Ａは、基体部２０および電極脚３０で主に構成されて、基体部２０の上面に基体部２０と一体で形成された突出部２３を備えているが、図１３および図１４に示すように、突出部２３と置き換えて、基体部２０の上側（＋Ｚ軸方向）に導電性を有する端子部７０を備えてもよい。この場合、図２に示す保持部２４および金属層２５は、端子部７０に設けられる。

また、端子部７０には、基体部２０の平面視において基体部２０の貫通孔２１と同じ位置に同様の大きさの貫通孔７１を備える。図１３および図１４では、突起部２２１は、貫通孔２１の内周面に設けているが、貫通孔７１に設けてもよいし、貫通孔２１および貫通孔７１の両方の内周面に設けてもよい。

端子部７０は、基体部２０と、例えば、不図示の導電性接着剤や導電性ペーストなどにより固定して接続できる。これにより、端子部７０は、基体部２０と電気的に接続されるため、電極脚３０の先端部３０１は、基体部２０を介して、端子部７０と電気的に接続される。

端子部７０は、基体部２０と同様の材料、例えば、導電性エラストマーで形成できる。このように基体部２０と端子部７０とは、同一の材料で形成されていてもよいが、異なる材料で形成されていてもよい。また、図１３および図１４では、基体部２０と端子部７０とは、別体で形成されて電気的に接続または固定されているが、基体部２０および端子部７０を、同一の導電性エラストマーで一体に形成してもよい。その際には、電極脚３０の先端部３０１側から基体部２０を介して端子部７０まで容易に導通させることができる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態に係る生体情報測定用電極について図面を参照して説明する。なお、上記実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

図１５は、第２の実施形態に係る生体情報測定用電極の平面図であり、図１６は、図１５のIV−IV断面図である。図１５および図１６に示すように、本実施形態に係る生体情報測定用電極１０Ｂは、上記第１の実施形態に係る生体情報測定用電極１０Ａの支持部２２Ａの３つの突起部２２１を弾性部材２２２としたものである。すなわち、生体情報測定用電極１０Ｂは、基体部２０の貫通孔２１に弾性部材２２２で構成された支持部２２Ｂを有している。

弾性部材２２２は、弾性変形可能であり、図１７に示すように、円筒状に形成され、内部に貫通孔２２２Ｂを有する。貫通孔２２２Ｂの内径は、電極脚３０の外径よりも小さめであり、電極脚３０を貫通させた際に電極脚３０が弾性部材２２２に挟持される大きさとする。弾性部材２２２の外径は、基体部２０の貫通孔２１よりも大きめであり、弾性部材２２２が貫通孔２１に設けられた際に弾性部材２２２の外周面が貫通孔２１の内周面を押し付けて弾性部材２２２を貫通孔２１内で挟持された状態を保持できる大きさとする。

弾性部材２２２は、導電性を有している。弾性部材２２２は、導電性を有する弾性材料を用いて形成できる。導電性を有する弾性材料として、例えば、導電性エラストマーを用いることができる。

導電性エラストマーは、例えば、導電性フィラーをゴム弾性を有する非導電性エラストマーに一定の配合割合で均一に混合することで得られる。弾性部材２２２は、ゴム弾性を有する非導電性エラストマーを含んで成形されることで弾率を有することができるので、基体部２０の貫通孔２１に嵌め込んだ状態で保持できる。

上述の非導電性エラストマーとして、例えば、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、アクリルニトリルブタジエンゴム、ブチルゴム、ウレタンゴム、またはフッ素ゴムなどが挙げられる。これらは、１種単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中では、耐久性などの点から、シリコーンゴムを用いることが好ましい。

生体情報測定用電極１０Ｂは、基体部２０の貫通孔２１に電極脚３０を挿入して支持部２２Ｂで挟持した状態で支持することで得られる。基体部２０は、生体情報測定用電極１０Ａの基体部２０および支持部２２Ａを成形する場合と同様の方法で、基体部２０を形成する材料を用いて成形することができる。成形した基体部２０の貫通孔２１に支持部２２Ｂを挿入して貫通孔２１内に支持部２２Ｂを保持させる。その後、支持部２２Ｂの貫通孔２２２Ｂに電極脚３０を挿入して、貫通孔２１内に支持部２２Ｂを介して電極脚３０を保持させる。

なお、基体部２０の貫通孔２１内に支持部２２Ｂを挿入した後、電極脚３０を支持部２２Ｂの貫通孔２２２Ｂに挿入しているが、この順番に限定されず、電極脚３０が挿通された弾性部材２２２を、貫通孔２１に着脱可能に挿入してもよい。弾性部材２２２は、電極脚３０が挿通された状態で、貫通孔２１に着脱可能に挿入されることで、電極脚３０が挿通されている弾性部材２２２を貫通孔２１に取り付けても、弾性部材２２２の貫通孔２２２Ｂで電極脚３０を挟持した状態で支持できる。

このように、生体情報測定用電極１０Ｂは、支持部２２Ｂを変形可能な弾性部材２２２で構成している。電極脚３０の表面と弾性部材２２２の表面との摩擦力により、生体情報測定用電極１０Ａを電極脚３０の先端部３０１が下向きとなるように平面上に置いても、基体部２０、突出部２３、および導線５２の重さでは、基体部２０は移動しない（落下しない）ように、電極脚３０は支持部２２Ｂにより挟持されている。この摩擦力の大きさは、電極脚３０および支持部２２Ｂの材質、電極脚３０の外径、弾性部材２２２の貫通孔２２２Ｂの内径、電極脚３０と支持部２２Ｂとの接触面積や、電極脚３０および支持部２２Ｂの表面粗さなどにより決定できる。

これにより、電極脚３０は安定して支持部２２Ｂに挟持された状態で保持されると共に、電極脚３０は支持部２２Ｂと電気的に安定して接続される。また、電極脚３０は、その自重により、基体部２０に対して垂直に支持部２２Ｂにより挟持された状態で保持される。そして、上述した、摩擦力以上のＺ軸方向の荷重が基体部２０に対して加わると、電極脚３０は、基体部２０に対して上下方向に変位するように、支持部２２Ｂにより貫通孔２１で基体部２０に対して所定の荷重で変位可能な状態で支持されている。また、基体部２０または電極脚３０にＸ軸方向やＹ軸方向に荷重が加わると、電極脚３０は基体部２０に対して、弾性部材２２２が弾性変形可能な範囲で支持部２２Ｂを中心に傾斜するように、貫通孔２１で電極脚３０を基体部２０に対して所定の荷重で変位可能な状態で支持されている。なお、所定の荷重とは、上述の通り、患者などの近くの人や物が生体情報測定用電極１０Ｂに接触したり、患者などが転倒した場合などに生体情報測定用電極１０Ｂに加わる応力であり、例えば、好ましくは０．５ｋｇｆ以上の応力をいう。

よって、生体情報測定用電極１０Ｂは、基体部２０の貫通孔２１内に弾性部材２２２を設け、弾性部材２２２で電極脚３０を支持することで、上記の第１の実施形態に係る生体情報測定用電極１０Ａと同様、生体情報測定用電極１０Ｂに所定の荷重が生体側に向かって加わった場合でも、電極脚３０が頭皮にダメージを与えることを回避することができる。

［変形例］
生体情報測定用電極１０Ｂの一例を示したが、これに限定されない。以下に、生体情報測定用電極１０Ｂの変形例のいくつかについて、図１８および図１９を参照して説明する。

なお、本実施形態では、弾性部材２２２は、円筒状に形成されているが、弾性部材２２２の形状は、円筒状以外に、平面方向の断面（横断面）が多角形状に形成された筒状部材でもよいし、軸方向の断面（縦断面）が楕円形状などでもよい。

本実施形態では、基体部２０は、上記第１の実施形態と同様、貫通孔２１に代えて、図１８および図１９に示すように、電極脚３０が挿入される切欠き２６を有してもよい。

また、本実施形態では、支持部２２Ｂは、弾性部材２２２を有するものであるが、上記第１の実施形態の３つの突起部２２１と、弾性部材２２２との両方を有してもよい。

生体情報測定用電極１０Ｂのその他の変形例は、上記第１の実施形態と共通するため、説明は省略する。

以上の通り、実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の組み合わせ、省略、置き換え、変更などを行うことが可能である。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

本出願は、２０１８年３月２３日に日本国特許庁に出願した特願２０１８−０５６２１４号に基づく優先権を主張するものであり、特願２０１８−０５６２１４号の全内容を本出願に援用する。

１０Ａ、１０Ｂ生体情報測定用電極
２０基体部
２１、７１貫通孔
２２Ａ、２２Ｂ支持部
２２１突起部
２２２弾性部材
２６切欠き
３０電極脚
３０１先端部

Claims

生体と接触する電極脚と、前記電極脚を支持する基体部と、を有する生体情報測定用電極であって、
前記基体部は、前記電極脚が挿入される貫通孔または切欠きを有し、
前記貫通孔または前記切欠きには、前記電極脚を前記基体部に対して所定の荷重で変位可能な状態で支持する支持部が設けられていることを特徴とする生体情報測定用電極。
前記電極脚は、前記電極脚の軸方向に摺動可能に変位するように前記支持部により支持されていることを特徴とする請求項１に記載の生体情報測定用電極。
前記電極脚は、前記基体部の裏面に対して交差する方向に変位することを特徴とする請求項１または２に記載の生体情報測定用電極。
前記支持部は、前記貫通孔または前記切欠きに突出して前記基体部に設けられた突起部を少なくとも１つ有し、
前記突起部により、前記電極脚は所定の荷重で変位可能な状態で支持されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の生体情報測定用電極。
前記支持部は、前記貫通孔または前記切欠きに配設され、前記電極脚と前記基体部との間に挟持された際に変形可能な弾性部材を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の生体情報測定用電極。
前記弾性部材は、筒状に形成されており、
前記電極脚が挿通された前記弾性部材が、前記貫通孔または前記切欠きに着脱可能に配設されることを特徴とする請求項５に記載の生体情報測定用電極。