JP2006034429A

JP2006034429A - 脳波検出用電極装置

Info

Publication number: JP2006034429A
Application number: JP2004216013A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Kumada; 嘉之熊田; Toshimitsu Musha; 利光武者
Original assignee: NOU KINOU KENKYUSHO KK; Olympus Corp
Current assignee: NOU KINOU KENKYUSHO KK; Olympus Corp
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2006-02-09

Abstract

【課題】ペーストレスの脳波信号検出方法を採用する場合に、頭髪の存在によっても頭皮と電極との接触状態を安定させて高い精度の検査を行うことを可能とする。
【解決手段】頭髪Ｂを有する頭皮Ａに接触配置され脳波信号を検出する脳波検出用電極装置であって、金属電極９と、該金属電極９の先端部表面に被覆配置される電解液を含んだ弾性部材１０を有するキャップ１１とを備え、頭皮Ａに接触するキャップ１１先端面の面積が、約１９ｍｍ^２以上約３１４ｍｍ^２以下である脳波検出用電極装置を提供する。
【選択図】図４

Description

この発明は、脳波検出用電極装置に関するものである。

従来、アルツハイマー病の早期発見を目的として、脳機能状態の解析が行われており、種々の脳機能状態の解析手法が提案されている（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照。）。この解析手法は、脳波信号を検出して、その空間的な伝達の滑らかさと、標準偏差とに基づいて判定される。脳神経細胞の活動が正常な場合には、脳波信号は滑らかに伝達され、そのばらつきも少ないが、アルツハイマー病が進行して脳神経細胞の活動が低下すると、脳波信号の空間的な伝達の滑らかさが失われ、その標準偏差が増大していく傾向にある。

このような解析を精度よく行うためには、脳波信号を精度よく検出することが不可欠である。脳波信号は、複数の電極を頭皮に接触させて検出するが、頭髪の存在や、頭の形状の不均一さから、電極と頭皮との確実な接触状態を実現するには、ペーストにより電極を頭皮に接着することが一般的である。しかしながら、ペーストを用いる場合には、検査を開始するまでに要する時間が多大となって、被検査者にかかる負担が大きいとともに、検査後に電極を取り外す際にも、ペーストを剥がすのに洗髪等の作業が必要となり、被検査者にかかる負担が大きいという不都合がある。

一方、ペーストを使用しないペーストレスの脳波信号検出方法も提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。これらの検出方法は、導電性溶液を吸水した状態の繊維片または導電性を与えた含水ゲルを発泡材に含浸させたものをそれぞれ電極として頭皮に接触させる方式のものであり、ペーストを使用しないので装着、取り外しに要する時間が短縮できる利点がある。
株式会社脳機能研究所、「初期アルツハイマー病における脳皮質神経細胞の機能劣化を検出する新しい脳波解析法DIMENSIONについて」、[online]、［平成１６年３月８日検索］、インターネット＜URL: http://www.bfl.co.jp/abst-32.html＞株式会社脳機能研究所、「脳皮質神経細胞機能劣化度推定法」、[online]、［平成１６年３月８日検索］、インターネット＜URL: http://www.bfl.co.jp/abst-31.html＞特開平１０−１６５３８６号公報（第２頁等）実開平２−６３８１１号公報（図１等）

しかしながら、電極を配置する頭皮には、頭髪が生えているのが一般的であり、ペーストレスの脳波信号検出方法の場合には、電極と頭皮との間に挟まれる頭髪によって接触状態が不安定になりやすいという問題点があった。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、ペーストレスの脳波信号検出方法を採用する場合に、頭髪の存在によっても頭皮と電極との接触状態を安定させて高い精度の検査を行うことを可能とする脳波検出用電極装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明は、頭髪を有する頭皮に接触配置され脳波信号を検出する脳波検出用電極装置であって、金属電極と、該金属電極の先端部表面に被覆配置される電解液を含んだ弾性部材を有するキャップとを備え、頭皮に接触するキャップ先端面の面積が、約１９ｍｍ^２以上約３１４ｍｍ^２以下である脳波検出用電極装置を提供する。

本発明によれば、頭髪を有する頭皮に脳波検出用電極装置を押し当てると、電解液を含んだ弾性部材を有するキャップの先端面が頭髪を掻き分けて頭皮に接触する。キャップの先端面と頭皮との間の一部には頭髪が挟まれることになるが、キャップ先端面の面積を約１９ｍｍ^２以上に設定することにより、頭髪を掻き分けられて露出した頭皮に十分な広さで接触することが可能となり、接触抵抗を低減させることができる。また、キャップ先端面の面積を大きくしていくほど、キャップ先端面と頭皮との間に挟まれる頭髪が多くなるため、キャップ先端面の面積を大きくしても接触抵抗が向上していくものではない。逆に、約３１４ｍｍ^２より大きく設定すると、隣接する電極装置と干渉する可能性があり好ましくない。そこで、約３１４ｍｍ^２以下に設定すれば、そのような不都合がない。

上記発明においては、前記金属電極が、金からなり、または金メッキを施されていることが好ましい。金属電極を金または金メッキにより構成することによって、電気抵抗値を低減することができるとともに、防錆効果により、使用につれて電気抵抗値が増大することを防止することができる。

また、上記発明においては、前記電解液が、生理食塩水からなることとしてもよい。また、前記電解液を、生理食塩水とアルコールとの混合液からなるものとしてもよい。これらの電解液によれば電気抵抗値が低く、検出される脳波信号を低下させることがない。また、アルコールを混入させることにより、頭皮における皮脂の洗浄効果があり、接触抵抗値をさらに低減することができる。

また、上記発明においては、相互に間隔をあけて配置される複数の先端部を備え、各先端部の先端に金属電極が配置され、全ての金属電極表面を被覆するキャップ先端面の総面積が約１９ｍｍ^２以上約３１４ｍｍ^２以下であることとしてもよい。
総面積として約１９ｍｍ^２以上を確保すれば、接触抵抗値を低減することができる。また、複数の先端部に分けることにより、掻き分けられた頭髪を先端部間に配置して、先端部を頭皮に密着させることができる。

また、上記発明においては、前記金属電極の先端部が略球面状に形成され、前記キャップ先端面が金属電極の先端部に沿う略球面状に形成されていることとしてもよい。
このようにすることで、頭部の形状が複雑な場合であって、頭皮に対して金属電極を垂直に接触させることができない場合においても、接触抵抗値を低減して、確実な接触を図ることができる。

また、本発明は、頭髪を有する頭皮に接触配置され脳波信号を検出する脳波検出用電極装置であって、複数の先端部を有する一体の金属電極と、該金属電極の先端部表面に被覆配置される電解液を含んだ弾性部材を有するキャップとを備え、先端部の総面積が約１９ｍｍ^２以上約３１４ｍｍ^２以下である脳波検出用電極装置を提供する。
一体の金属電極の複数の先端部が櫛歯のように機能して頭髪を掻き分けることができ、頭髪を掻き分けられて露出した頭皮に十分な広さで接触することが可能となり、接触抵抗を低減させることができる。

本発明によれば、頭髪を有する頭皮に対して接触させる場合の接触抵抗値を低減することにより、脳波信号を精度よく検出することを可能とする脳波検出用電極装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る脳波検出用電極装置について、図１〜図４を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る脳波検出用電極装置１（以下、単に電極装置１という。）は、図１に示される脳機能検出システム２において使用される。脳機能検出システム２は、頭皮Ａに接触配置される複数の電極装置１を有する脳波検出装置３と、脳機能解析装置４と、解析結果を表示するモニタ５とを備えている。

脳波検出装置３は、脳波計であって、頭皮Ａに接触配置される複数の電極装置１（図１は、図示の容易のために５個の電極装置１が示されているが、通常は図２に示されるように、２１個である。）からなる脳波信号検出部６と、該電極装置１により検出された電気信号Ｓ１を脳波信号Ｓ２として出力する脳波計本体７とを備えている。

脳波信号検出部６は、図２（ａ）〜（ｃ）に示されるように、頭皮に対して、基準位置を基準として所定の比率で複数の電極装置１を配置している。電極装置１は、図３に示されるように、円柱状の電極装置本体８の先端に配置される金属電極９と、この金属電極９を被覆するように配置される弾性部材１０と、該弾性部材１０を金属電極９に被覆状態に保持するために電極装置本体８に取り付けられるキャップ１１とを備えている。

前記金属電極９は、例えば、金製または、表面に金メッキを施してなる円板状のプレートである。金属電極９には、電極装置本体８内部を貫通して配線１２が施され、金属電極９により検出した電気信号Ｓ１を脳波計本体７に伝達するようになっている。
前記弾性部材１０は、例えば、略円盤状のスポンジ部材であって、電解液が含浸されている。電解液としては、生理食塩水が好ましく、または、生理食塩水とアルコールとの混合液からなることとしてもよい。

前記キャップ１１は、前記電極装置本体８の先端の外面に嵌合する円筒状に形成された嵌合部１１ａと、電極装置本体８の先端に配置された金属電極９との間に前記弾性部材１０の周縁を挟む内鍔部１１ｂとを備え、内鍔部１１ｂの内側に円形の開口部１１ｃが形成されている。
これら金属電極９と弾性部材１０とキャップ１１とを電極装置本体８の先端に組み立てた状態の電極装置１を頭髪Ｂを有する頭皮Ａに接触させた状態を図４に示す。キャップ１１の内鍔部１１ｂと金属電極９との間で潰された弾性部材１０の周縁の内側には、キャップ１１の開口部１１ｃから先端面よりも前方に弾性部材１０が突出している。

この開口部１１ｃの面積は、約１９ｍｍ^２以上に設定されている。
表１および図５は、上記面積を選定するに当たり、頭皮Ａに複数接触配置された各電極装置１における接触抵抗値の測定結果を示す。開口部１１ｃは円形であり、その直径寸法を変化させて接触抵抗値を測定した。表１は各測定点における接触抵抗値とその平均値、図５は、開口部１１ｃの直径寸法と接触抵抗値の平均値との関係を示すグラフである。この測定結果によれば、開口部１１ｃの直径寸法が５ｍｍより小さいときには接触抵抗値が大きいが、５以上の場合、すなわち、その面積が約１９ｍｍ^２以上の場合に、接触抵抗値の平均値が１０ｋΩ以下となる。

したがって、開口部１１ｃの面積を約１９ｍｍ^２以上とすることにより、接触抵抗値を低く抑えることができる。一方、表１および図５に示されるように、開口部１１ｃの直径寸法が５ｍｍ以上であれば、接触抵抗値は、あまり変化しない。したがって、開口部１１ｃの面積が約１９ｍｍ^２以上であれば足り、過度に大きくする必要はない。電極装置１は、頭皮Ａに複数接触配置されるため、隣接する他の電極装置１との間隔を十分に確保する必要がある。機械的な干渉および電気的な短絡等の問題を考慮すれば、開口部１１ｃの直径寸法は２０ｍｍ以下、すなわち、開口部１１ｃの面積が３１４ｍｍ^２以下であることが好ましい。
また、脳機能解析装置４は、脳波計本体７から出力された脳波信号Ｓ２を入力され、該脳波信号Ｓ２に基づいて脳機能状態を判定し、判定信号Ｓ３を出力するようになっている。

このように構成された本実施形態に係る電極装置１によれば、開口部１１ｃの面積が１９ｍｍ^２以上に設定されているので、頭髪Ｂが存在する場合においても、頭皮Ａとの間の接触抵抗値を十分に低い値に保持することができ、安定した脳波信号Ｓ２を得ることにより、精度よく脳機能状態を解析して表示することができる。また、開口部１１ｃの面積を３１４ｍｍ^２以下に設定することにより、隣接する他の電極装置１との機械的および電気的な干渉を回避して、さらに精度のよい脳機能状態の判定を行うことができる。

また、本実施形態に係る電極装置１においては、金属電極９が金製または表面に金メッキを施したものにより構成されているので、金属電極９における抵抗値の増大を防止し、かつ、金の防錆効果により、使用につれて抵抗値が増大することを未然に防止することができるという効果がある。

また、電解液を生理食塩水により構成することによって、接触抵抗値の増大を防止することができる。さらに、生理食塩水とアルコールとの混合液により電解液を構成することにより、アルコールによる頭皮の皮脂の洗浄効果を高め、皮脂による接触抵抗の増大を防止することができるという効果がある。
なお、弾性部材１０として、電解液を含浸可能なスポンジ部材を例に挙げて説明したが、これに代えて、不織布を採用することにしてもよい。また、弾性部材１０とキャップ１１とは一体的に固定されていてもよい。

次に、本発明の第２の実施形態に係る電極装置について、図６を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る電極装置２０は、図６に示されるように、相互に間隔をあけて配される複数の先端部２１を備えている。各先端部２１の構造は、第１の実施形態と同様に、円柱状の電極本体２２と、該電極本体２２の先端に配置される金属電極２３と、弾性部材２４と、キャップ２５とから構成されている。複数の金属電極２３に接続された配線２６は全て接続されている。
また、複数のキャップ２５の開口部２５ａ、すなわち、開口部２５ａから先端側に突出する弾性部材２４の総面積は１９ｍｍ^２以上である。

このように構成された本実施形態に係る電極装置２０によれば、電解液を含浸した弾性部材２４の総面積が１９ｍｍ^２以上に設定されているので、第１の実施形態と同様に、十分に低い接触抵抗値を達成することができる。
さらに、本実施形態に係る電極装置２０によれば、複数の先端部２１が間隔をあけて配されることにより、先端部２１が頭皮Ａに接触させられる際に、頭髪Ｂが先端部２１間の隙間に配置され、掻き分けられた頭髪Ｂ間に露出した頭皮Ａに先端部２１が接触され易くなる。すなわち、本実施形態に係る電極装置２０によれば、複数の先端部２１が櫛歯のように機能して頭髪Ｂを掻き分けるので、より確実に頭皮Ａに接触して、安定した低い接触抵抗値を達成することができるという効果がある。

なお、上記実施形態のように複数の金属電極２３、弾性部材２４およびキャップ２５を有する電極装置２０に代えて、図７および図８に示されるように、金属電極２３′自体を複数の尖った先端部２３ａを有する構造とし、弾性部材２４′として、全ての先端部２３ａを被覆する形態のものを採用してもよい。このように構成された電極装置２０′によれば、一体となった弾性部材２４′に、金属電極２３′の尖った先端部２３ａが差し込まれ、弾性部材２４′の弾力によって、弾性部材２４′が金属電極２３′を締め付けるようにして固定される。そして、複数に分かれた先端部２３ａが櫛歯のように機能して頭髪をかき分けることにより、金属電極２３′と頭皮Ａとの接触をより確実に行って、安定した低い接触抵抗値を達成することができる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る電極装置３０について、図７を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る電極装置３０は、図７に示されるように、金属電極３１が半径ｒの球面状に形成されており、金属電極３１を覆う弾性部材３２も、金属電極３１の形状に倣って球面状に形成されている。電極本体３３，キャップ３４および配線３５は、第１、第２の実施形態と同様のものである。

このように構成することにより、図７に示されるように、頭部の形状によって、電極装置３０が頭皮Ａに対して直角に配置できず、傾斜角度θをなして配置されるような場所においても、球面状の弾性部材３２を頭皮Ａに密着させることができる。曲率半径ｒを大きく設定することにより、頭皮Ａと弾性部材３２との接触面積を広げ、１９ｍｍ^２以上となるように構成することができ、第１および第２の実施形態と同様に、接触抵抗値を低減することができる。

本発明の一実施形態に係る脳波検出用電極装置を備える脳機能解析システムを示す全体構成図である。図１の脳波検出用電極装置の配置を示す人体頭部の（ａ）側面図、（ｂ）正面図および（ｃ）平面図である。図１の脳波検出用電極装置先端部の分解斜視図である。図３の脳波検出用電極装置を頭皮に接触させた状態を示す縦断面図である。図１の脳波検出用電極装置の先端部の外形寸法と接触抵抗値の平均値との関係を示すグラフである。本発明の第２の実施形態に係る脳波検出用電極装置の先端部を示す斜視図である。図６の脳波検出用電極装置の変形例を示す縦断面図である。図７の脳波検出用電極装置を示す斜視図である。本発明の第３の実施形態に係る脳波検出用電極装置の先端部を示す縦断面図である。

符号の説明

Ａ頭皮
Ｂ頭髪
Ｓ２脳波信号
１，２０，２０′，３０電極装置（脳波検出用電極装置）
９，２３，２３′，３１金属電極
１０，２４，２４′，３２弾性部材
１１，２５，３４キャップ
２１先端部

Claims

頭髪を有する頭皮に接触配置され脳波信号を検出する脳波検出用電極装置であって、
金属電極と、
該金属電極の先端部表面に被覆配置される電解液を含んだ弾性部材を有するキャップとを備え、
頭皮に接触するキャップ先端面の面積が、約１９ｍｍ^２以上約３１４ｍｍ^２以下である脳波検出用電極装置。
前記金属電極が、金からなり、または金メッキを施されている請求項１に記載の脳波検出用電極装置。
前記電解液が、生理食塩水からなる請求項１または請求項２に記載の脳波検出用電極装置。
前記電解液が、生理食塩水とアルコールとの混合液からなる請求項１または請求項２に記載の脳波検出用電極装置。
相互に間隔をあけて配置される複数の先端部を備え、
各先端部の先端に金属電極が配置され、
全ての金属電極表面を被覆するキャップ先端面の総面積が約１９ｍｍ^２以上約３１４ｍｍ^２以下である請求項１から請求項４のいずれかに記載の脳波検出用電極装置。
前記金属電極の先端部が略球面状に形成され、
前記キャップ先端面が金属電極の先端部に沿う略球面状に形成されている請求項１から請求項４のいずれかに記載の脳波検出用電極装置。
頭髪を有する頭皮に接触配置され脳波信号を検出する脳波検出用電極装置であって、
複数の先端部を有する一体の金属電極と、
該金属電極の先端部表面に被覆配置される電解液を含んだ弾性部材を有するキャップとを備え、
先端部の総面積が約１９ｍｍ^２以上約３１４ｍｍ^２以下である脳波検出用電極装置。