(57)【要約】【課題】  電極間の短絡により、電極によって検出される不正確な脳波信号に基づいて脳機能状態の解析が行われることを防止して、解析の精度を向上する。【解決手段】  頭皮Ａに接触配置され脳波信号Ｓ１を検出する複数の電極２と、検出された脳波信号Ｓ１を処理して脳機能状態を解析する脳機能解析部４とを備える脳機能解析装置であって、電極２の内から２つの電極２を選択し、選択された電極２間の短絡状態を検出する短絡状態検出手段６を備える脳機能解析装置を提供する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
頭皮に接触配置され脳波信号を検出する複数の電極と、
検出された脳波信号を処理して脳機能状態を解析する脳機能解析部とを備える脳機能解析装置であって、
前記電極の内から２つの電極を選択し、選択された電極間の短絡状態を検出する短絡状態検出手段を備える脳機能解析装置。
【請求項２】
前記短絡状態検出手段が、選択された電極間の抵抗値を測定する抵抗値測定手段を備える請求項１に記載の脳機能解析装置。
【請求項３】
前記抵抗値測定手段により測定された抵抗値が所定値以下の場合に短絡状態である旨の判定をする短絡状態判定手段を備える請求項２に記載の脳機能解析装置。
【請求項４】
前記抵抗値測定手段により測定された抵抗値が所定値以下の場合に、短絡状態にある電極を報知する短絡状態報知手段を備える請求項２または請求項３に記載の脳機能解析装置。
【請求項５】
前記短絡状態検出手段が、選択された電極により検出された脳波信号の位相差を算出する位相差算出手段を備える請求項１に記載の脳機能解析装置。
【請求項６】
前記位相差算出手段により算出された位相差が所定値以下の場合に短絡状態である旨の判定をする短絡状態判定手段を備える請求項５に記載の脳機能解析装置。
【請求項７】
前記位相差算出手段により算出された位相差が所定値以下の場合に、短絡状態にある電極を報知する短絡状態報知手段を備える請求項５または請求項６に記載の脳機能解析装置。
【請求項８】
前記短絡状態検出手段が、電極により検出された脳波信号から所定の周波数の脳波信号を抽出するフィルタを備える請求項５から請求項７のいずれかに記載の脳機能解析装置。
【請求項９】
前記脳機能解析部が、短絡状態判定手段により短絡状態であると判定された電極からの脳波信号を除いて脳機能状態を解析する請求項３または請求項６に記載の脳機能解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、脳機能解析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
【非特許文献１】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＞
【非特許文献２】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＞
【特許文献１】特開平１０−１６５３８６号公報（第２頁等）
【特許文献２】実開平２−６３８１１号公報（図１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ペースト方式およびペーストレス方式のいずれにおいても、複数の電極を頭皮に接触配置する脳波信号の検出方法においては、頭皮において発汗が生ずると、汗によって電極どうしが短絡してしまうことが考えられる。
また、特にペーストレス方式の場合に、電極と頭皮とを接触状態に維持するための導電性溶液が余剰に存在する場合には、頭皮に沿って流れた導電性溶液によって電極間が短絡されてしまうことが考えられる。
【０００７】
各電極においては、本来、異なる脳波信号が検出されるが、電極どうしが短絡してしまうと、それらの電極においては同一信号、あるいは振幅のみ異なる類似の脳波信号が検出されてしまい、脳機能状態を正確に判定することができないという不都合がある。
【０００８】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、電極間の短絡により、電極によって検出される不正確な脳波信号に基づいて脳機能状態の解析が行われることを防止して、解析の精度を向上することができる脳機能解析装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、頭皮に接触配置され脳波信号を検出する複数の電極と、検出された脳波信号を処理して脳機能状態を解析する脳機能解析部とを備える脳機能解析装置であって、前記電極の内から２つの電極を選択し、選択された電極間の短絡状態を検出する短絡状態検出手段を備える脳機能解析装置を提供する。
本発明によれば、短絡状態検出手段の作動により、複数電極の中から選択された２つの電極間の短絡状態が検出されるので、短絡状態にある電極からの不正確な脳波信号を除外して、あるいは、他の脳波信号によりその不正確な脳波信号を置き換えて、脳機能解析部により脳機能状態を解析することができる。
【００１０】
上記発明においては、前記短絡状態検出手段が、選択された電極間の抵抗値を測定する抵抗値測定手段を備えることとしてもよい。抵抗値測定手段の作動により、選択された電極間の抵抗値を測定し、測定された抵抗値の大小によって簡易に短絡状態を判定することが可能となる。
【００１１】
上記発明においては、前記抵抗値測定手段により測定された抵抗値が所定値以下の場合に短絡状態である旨の判定をする短絡状態判定手段を備えることとしてもよい。短絡状態判定手段の作動により短絡状態である旨の判定をすることにより、短絡状態であると判定された電極からの不正確な脳波信号を除去して、あるいは、他の正確な脳波信号に置き換えて、より精度の高い脳機能状態の解析を行うことが可能となる。
【００１２】
上記発明においては、前記抵抗値測定手段により測定された抵抗値が所定値以下の場合に、短絡状態にある電極を報知する短絡状態報知手段を備えることとしてもよい。短絡状態報知手段の作動により、短絡状態にある電極が報知されるので、当該短絡状態にある電極からの不正確な脳波信号が脳機能状態の解析に用いられることを防止できる。
【００１３】
また、上記発明においては、前記短絡状態検出手段が、選択された電極により検出された脳波信号の位相差を算出する位相差算出手段を備えることとしてもよい。
２つの電極が短絡状態となると、それらの電極により検出される脳波信号の位相差がゼロに近くなる。すなわち、同一の脳波信号が検出されるか、振幅のみ異なる類似の脳波信号が検出されることになる。したがって、位相差算出手段の作動により、２つの電極により検出された脳波信号の位相差を算出することにより、当該電極間の短絡状態を簡易に検出することができる。
【００１４】
前記位相差算出手段により算出された位相差が所定値以下の場合に短絡状態である旨の判定をする短絡状態判定手段を備えることとしてもよい。短絡状態半愛知手段の作動により短絡状態である旨の判定をすることにより、短絡状態であると判定された電極からの不正確な脳波信号を除去して、あるいは、他の正確な脳波信号に置き換えて、より精度の高い脳機能状態の解析を行うことが可能となる。
【００１５】
また、上記発明においては、前記位相差算出手段により算出された位相差が所定値以下の場合に、短絡状態にある電極を報知する短絡状態報知手段を備えることとしてもよい。短絡状態報知手段の作動により、短絡状態にある電極が報知されるので、当該短絡状態にある電極からの不正確な脳波信号が脳機能状態の解析に用いられることを防止できる。
【００１６】
また、上記発明においては、前記短絡状態検出手段が、電極により検出された脳波信号から所定の周波数の脳波信号を抽出するフィルタを備えることとしてもよい。
フィルタの作動により、電極により検出された脳波信号から所定の周波数の脳波信号が抽出されるので、フィルタにより抽出する脳波信号の周波数を所望の周波数に設定しておくことができる。
【００１７】
さらに、上記発明においては、前記脳機能解析部が、短絡状態判定手段により短絡状態であると判定された電極からの脳波信号を除いて脳機能状態を解析することとしてもよい。短絡状態にあると判定された電極からの脳波信号は、不正確な脳波信号であるため、これを除去することにより、脳機能状態をより高い精度で解析することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、頭皮に複数の電極を接触配置して脳機能状態の判定を行うに際し、発汗あるいは電解質溶液の漏洩による電極間の短絡が生じた場合においても、短絡した電極からの不正確な脳波信号を用いることなく脳機能状態を、より高い精度で解析することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の一実施形態に係る脳機能解析装置について、図１および図２を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る脳機能解析装置１は、図１に示されるように、頭皮Ａに所定の間隔を空けて接触配置される複数の電極２と、該電極２により検出される脳波信号Ｓ１を処理して所定の周波数成分の脳波信号Ｓ２を抽出する脳波計本体３と、該脳波計本体３により抽出された脳波信号Ｓ２に基づいて脳機能状態を解析する脳機能解析部４と、解析された脳機能状態を表示するモニタ５とを備えている。また、本実施形態に係る脳機能解析装置１は、電極２間の短絡状態を検出する短絡状態検出部６を備えている。
【００２０】
頭皮Ａに接触配置される複数の電極２（図１は、図示の容易のために５個の電極２が示されているが通常は２１個。本実施形態では２１個の電極２があるものとして説明する。）は、例えば、電解質溶液を含浸させたスポンジ部材を先端の金属電極に接触配置してなるペーストレス方式の電極２である。なお、ペースト方式の電極の場合にも同様に適用できる。
【００２１】
脳波計本体３は、電極２により検出された脳波信号Ｓ１を処理することにより、例えば、脳機能の解析に必要なα波成分を抽出して出力するようになっている。図中、符号７は、電極２により検出された脳波信号Ｓ１を蓄えるバッファアンプ、符号８は蓄えられたアナログの脳波信号Ｓ１をディジタルの脳波信号Ｓ１′に変換するＡ／Ｄ変換器である。
【００２２】
また、脳機能解析部４は、図２に示されるように、脳波計本体３から出力された脳波信号（α波成分）Ｓ２を入力され、該脳波信号Ｓ２に基づいて脳機能状態を示す信号Ｓ３を出力するようになっている。脳機能状態を示す信号Ｓ３としては、脳波の空間的な伝達の滑らかさを示すＤα値と、その標準偏差（すなわち、時間的なゆらぎ）Ｄσ値が挙げられる。Ｄα値とＤσ値との関係は、図２に示す通りである。算出されたＤα値とＤσ値を図２に示すグラフ上にプロットすることにより、被検査者がアルツハイマー病であるか、正常であるか、それらの境界であるか、あるいは、どの程度の進行状態であるかを判定できるようになっている。
【００２３】
本実施形態において短絡状態検出部６は、脳波計本体３に接続され、脳波計本体３から出力される脳波信号Ｓ２に基づいて電極２間の短絡状態を検出するようになっている。具体的には、２１個の電極２に対応して脳波計本体３から出力される２１個の脳波信号Ｓ２の内から、任意の組み合わせに係る２個の脳波信号を選択し、それらの位相差Ｓ４を算出する位相差算出部（２個の脳波信号を選択する部分と、位相差Ｓ４を算出する部分とは別個のブロックとしてもよい。）９と、算出された位相差Ｓ４が所定のしきい値より小さい場合に、選択された電極２どうしが短絡されていると判定する短絡判定部１０と、短絡状態にあると判定された電極２の情報Ｓ５を入力されて短絡電極２を表示する短絡電極表示部１１とを備えている。短絡電極表示部１１は、例えば、ＬＥＤである。選択する２個の脳波信号Ｓ１の組み合わせとしては、十分に離れた電極２間の短絡は考えにくいことから、全ての組み合わせについて短絡状態を検出する必要は必ずしもなく、隣接する電極２どうし、あるいは、短絡が予想される予め定められた電極２どうしの組み合わせについて短絡状態の検出を行えば足りる。
【００２４】
また、短絡状態検出部６の短絡判定部１０は、前記脳機能解析部４に接続されており、短絡状態にあると判定された電極２の情報Ｓ５を脳機能解析部４に伝達するようになっている。脳機能解析部４は、短絡判定部１０から送られてきた短絡電極２の情報に基づいて、脳機能状態を判定するための脳波信号Ｓ２から短絡電極２により検出された脳波信号Ｓ２を除去するようになっている。
【００２５】
このように構成された本実施形態に係る脳機能解析装置１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る脳機能解析装置１によれば、頭皮Ａに接触配置された複数の電極２により脳波信号Ｓ１が検出され、検出された脳波信号Ｓ１はバッファアンプ７に一旦蓄えられた後にＡ／Ｄ変換器８によりディジタル信号に変換され、ディジタル信号に変換された脳波信号Ｓ１′は脳波計本体３に入力される。脳波計本体３においては、所定のフィルタ処理が施されることにより脳波信号Ｓ１′の内のα波成分Ｓ２が抽出されて脳機能解析部４に出力される。脳機能解析部４は、出力されたα波成分の脳波信号Ｓ２に基づいて脳機能状態を示す信号Ｓ３を算出し、モニタ５に出力する。モニタ５には、図２に示すグラフが表示され、このグラフに示されるＤα値とＤσ値により、脳機能状態を判定することができる。
【００２６】
この場合において、本実施形態に係る脳機能解析装置１によれば、短絡状態検出部６の作動により、複数の電極２の内から２つの電極２が選択され、選択された２つの電極２からの脳波信号Ｓ２の位相差Ｓ４が位相差算出部９により算出され、短絡判定部１０において、位相差が所定のしきい値より小さい場合に、電極２が短絡状態にあると判定される。短絡状態の算出および判定は、短絡の可能性のある電極２の組み合わせについて行われ、短絡状態にあると判定された電極２は短絡電極表示部１１に表示される。したがって、短絡状態にある電極２について、電極２付近の頭皮に付着している汗や電解液を拭き取ることにより、短絡状態を解消することもできる。
【００２７】
また、短絡判定部１０から出力される短絡状態にある電極２の情報Ｓ５は、脳機能解析部４に伝達され、脳機能解析部４においては、短絡状態にある電極２からの脳波信号Ｓ２を除去し、残りの電極２からの脳波信号を用いて脳機能状態の解析が行われる。その結果、短絡状態にある電極２からの不正確な脳波信号Ｓ２が脳機能状態の解析に用いられることが防止され、より精度の高い脳機能状態の解析を行うことができる。
【００２８】
このように、本実施形態に係る脳機能解析装置１によれば、短絡により不正確になった脳波信号を用いることなく脳機能状態の解析を行うことができる。この場合において、電極２の短絡状態を脳波信号の位相差により検出するので、特別な装置を必要とすることなく、ソフトウェアによって短絡状態の判定を行うことができる。
【００２９】
なお、本実施形態においては、電極２の短絡状態を検出するために、脳波計本体３から出力されるα波成分Ｓ２を用いたが、これに代えて、θ波成分等、他の成分を用いてもよい。また、一旦ディジタル変換されて、脳波計本体３により抽出されたα波成分Ｓ２を用いて、その位相差を検出することとしたが、これに代えて、電極２により検出されたアナログ信号を所定の周波数の信号のみを通過させるフィルタに入力し、出力された所定周波数の信号を用いて位相差の検出を行うことにしてもよい。また、ディジタル脳波計の場合に、位相差算出部９の前段に、所望の周波数帯域の信号のみを通過させる周波数カットフィルタを配置してもよいことは言うまでもない。このようにすることで、所望の周波数帯域の脳波における位相差を求めることができる。
【００３０】
また、短絡状態にあると判定された電極２からの脳波信号を除去し、残りの脳波信号を用いて脳機能状態の解析を行うこととしたが、これに代えて、除去した脳波信号を隣接する他の電極２により検出した脳波信号を用いて補間してもよい。また、隣接する他の電極２により検出した脳波信号から除去された脳波信号を検出した電極２の本来検出すべきであった脳波信号を推定してこれを脳機能状態の解析に用いることにしてもよい。
【００３１】
次に、本発明の第２の実施形態に係る脳機能解析装置２０について、図３を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係る脳機能解析装置１と構成を共通とする箇所に同一符号を付して説明を省略する。
【００３２】
本実施形態に係る脳機能解析装置２０は、電極２間の短絡状態を検出する短絡状態検出部２１と、電極２と脳波計本体３との間に配置され、電極２から脳波計本体３への配線経路（図３中、実線で示す。）を、電極２から短絡状態検出部２１への配線経路（図３中、破線で示す。）に切り替え可能な切替スイッチ２２とを備えている。
短絡状態検出部２１は、切替スイッチ２２が短絡状態検出部２１への配線経路に切り替えられた状態で、短絡状態の判定を行う任意の２つの電極２を選択可能な電極選択部２３と、選択された２つの電極２について短絡状態を判定する短絡判定部２４と、短絡状態にあると判定された電極２の情報を表示する短絡電極表示部１１とを備えている。
【００３３】
短絡判定部２４は、電極選択部２３により選択された任意の２つの電極２間の電気抵抗値を測定し、測定された電気抵抗値が所定のしきい値より小さい場合に短絡状態である旨の判定を行うようになっている。また、短絡判定部２４は、脳機能解析部４に接続され、短絡状態にある電極２の情報を脳機能解析部４に伝達するようになっている。
切替スイッチ２２は、図３に示されるように、制御部２５により切り替えられてもよいし、手動により切り替えられてもよい。
【００３４】
このように構成された本実施形態に係る脳機能解析装置２０によれば、短絡状態検出部２１が、電気抵抗値を検出するテスターとして機能し、切替スイッチ２２により配線経路を切り替えるだけで、簡易に電極２間の短絡状態を検出することができる。そして、短絡状態にある電極２により検出された脳波信号Ｓ１が脳機能状態の解析に用いられることが防止されるので、解析の精度を向上することができるという効果がある。
【００３５】
なお、上記実施形態においては、制御部２５の作動により、切替スイッチ２２が、脳波計本体３への配線経路と短絡状態検出部２１への配線経路とに全ての電極２からの配線を同時に切り替えることとしたが、これに代えて、図４に示されるように、制御部２５′が、短絡状態の検出を行う２つの電極２を選択する電極選択部の機能をも併せ持つこととしてもよい。このようにすることで、短絡状態検出部２１′には、短絡状態の検出を行う任意の２つの電極２からの配線経路が接続されるので、図３に示されるような電極選択部２３を別途設ける必要がなく、さらに簡易に構成することができる。
【００３６】
また、短絡判定部２４および短絡電極表示部１１については、図５に示されるように、電極選択部２３により、あるいは、制御部２５′により選択された２つの電極２への配線経路を接続する端子に接続した、電源２６、抵抗２７およびＬＥＤ２８を直列接続した回路により実現することにしてもよい。このようにすることで、選択された電極２間の電気抵抗値が所定値より低いと、ＬＥＤ２８に流れる電流が大きくなり、ＬＥＤ２８が点灯することにより短絡状態を表示することができる。
また、短絡状態を報知する手段としてＬＥＤ２８の点灯やモニタへの視覚的な報知の他、音声により報知する手段を採用してもよい。
【００３７】
［付記］
なお、上記実施形態から以下の構成の発明が導かれる。
１．  頭皮に接触配置され脳波信号を検出する複数の電極と、
検出された脳波信号を処理する脳波計とを備える脳機能解析装置であって、
電極と脳波計との間に接続切替スイッチと、
該接続切替スイッチに接続され、電極間の抵抗値を測定する短絡検出手段とを備える脳機能解析装置。
【００３８】
２．  接続切替スイッチと短絡検出手段との間に配置された電極選択手段を備える付記項１に記載の脳機能解析装置。
３．  前記短絡検出手段にＬＥＤが接続され、短絡が検出されたときにＬＥＤが点灯させられる付記項１または付記項２に記載の脳機能解析装置。
【００３９】
４．  頭皮に接触配置され脳波信号を検出する複数の電極と、
検出された脳波信号を処理する脳波計とを備える脳機能解析装置であって、
脳波計に接続され、複数の脳波信号の位相差を計算し、互いの位相差が小さい関係にある電極を抽出する短絡電極検出手段と、
該短絡電極検出手段により短絡状態にあると検出された電極を表示する短絡電極表示手段とを備える脳機能解析装置。
５．  短絡電極検出装置の前段に周波数カットフィルタが備えられている付記項４に記載の脳機能解析装置。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る脳機能解析装置を示す全体構成図である。
【図２】脳機能判定に使用する脳波の空間的な伝達の滑らかさと、その標準偏差との関係を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る脳機能解析装置を示す全体構成図である。
【図４】図３の脳機能解析装置の変形例を示す全体構成図である。
【図５】図３または図４に示される脳機能解析装置の短絡判定部および短絡電極表示部の変形例を示す回路図である。
【符号の説明】
【００４１】
Ａ  頭皮
Ｓ１  脳波信号
１  脳機能解析装置
２  電極
４  脳機能解析部
６  短絡状態検出部（短絡状態検出手段）
９  位相差算出部（位相差算出手段）
１０  短絡判定部（短絡状態判定手段）
１１  短絡電極表示部（短絡状態報知手段）
２４  短絡判定部（抵抗値測定手段：短絡状態判定手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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