CN101502418A - 耳戴式脑电检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种耳戴式脑电检测装置，包括：多个电极，设置于使用者头部，以采集脑电信号；至少一个壳体，壳体中包括脑电检测电路系统；以及RF模块，对外进行无线传输；其中，脑电检测电路系统与多个电极相连接，以取得脑电信号，并对脑电信号进行处理。此外，脑电检测电路包括处理器、模拟信号处理单元以及模拟/数字信号转换单元，其中，耳戴式脑电检测装置还包括与壳体结合的耳戴式结构，其可在进行脑电检测时与使用者的耳朵相结合，以使壳体可以通过耳朵而作为设置、固定的媒介，并使壳体落在使用者的颈部上，通过处理器驱动RF模块，耳戴式脑电检测装置可将数字化的脑电信号无线传输至外部装置，并与该外部装置达成双向沟通。

Description

耳戴式脑电检测装置

技术领域

本发明涉及一种脑电检测装置，特别是涉及一种耳戴式脑电检测装置，其不但提供无线操作环境，增加使用者的操作方便性，还能减少噪声的产生，改善检测品质。

背景技术

一般进行脑电检测时，所采用的是熟知的10-20脑波电极配置法(International 10-20 System)，因其具有极高的重现性及准确性而成为国际标准，如图1所示，此种方法将头部进行划分，其中，头部纵线是以鼻根(nasion)与枕骨凸隆(inion)为基点，全部距离分为10％、20％、20％、20％、20％以及10％等六个部分，自前至后分别为Fpz、Fz、Cz、Pz、Oz位置；头部横线是以左右两侧耳前点(Pre-Auricular Point)为基准，全部距离分为10％、20％、20％、20％、20％、以及10％等六个部分，自左至右分别为T3、C3、Cz、C4、T4位置；头部周线是指Fpz、T3、Oz、以及T4的连线，其中，左半边自前至后分成10％、20％、20％、20％、20％、以及10％等六个部分，分别为Fp1、F7、T3、T5、以及O1位置，右半边也自前至后分成10％、20％、20％、20％、20％、以及10％等六个部分，分别为Fp2、F8、T4、T6、以及O2位置。

根据一般常见的脑电检测形式，使用者头上连接的电极线数量相当多(数量依不同的测量目的而有所不同)，举例而言，一般基本的16通道脑电检测至少就需要18条电极线，且随着通道数的增多，电极线的数量也必须随之增加，再加上这些电极线都必须连接至身旁的装置，因此，此种形式的脑电检测装置的缺点是，使用者的移动性受到高度的限制，且容易发生拉扯电极线的情形，美国专利第5479934号即公开了类似的情形(如其图14所示)，此外，此份专利也公开了一种固定脑电电极的头带装置，其通过带状元件组成的头带装置而达成安置电极的目的，在此专利中，部分用以处理脑电信号的电路、模块等，可以挂置于使用者颈部之上(如其图2所示)，只是，即使在颈部之上设置部分电路、模块，仍存在着大量对外的电极连接线，无法提供使用者适当的移动性，而设置于颈部的电路、模块则可能造成使用者的不适感。

另外，美国专利第6154669号以及美国专利申请第2002/0188216号也都公开了头带形式的脑电电极固定装置，不过相同地，无论该头带上是否已具有部分的处理模块，两者都必须要利用连接线对外连接至外部的装置，因此，使用者在测量时移动性不足、且容易产生拉扯的问题仍然存在。而且，当利用头带进行固定时，就如美国专利申请第2002/0188216号所示，头带不但容易因体积过大，而占据设置电极的位置，也可能造成电极布线上的不便，反而造成测量不便。

之后，脑电检测出现了不需对外连接的形式，例如，Grass Technologies公司所生产的

24 Ambulatory EEG System，即为将检测装置背在身上的形式，以提供使用者较佳的移动性，不过，将机器背在胸前、或是将机器绑在腰间，对使用者而言，不方便性仍然存在，第一，机器的体积虽已减小，背负于身上却并非符合一般使用习惯的形式，故对使用者而言仍是负担，第二，即使机器已不需连接至身外，但自头部连接至胸前、或腰间的电极连接线却依然会在使用者身上延伸，仍有被拉扯的疑虑，再者，很重要的是，若需要进行即时监控时，如此形式的脑电检测装置仍必须连接至身边的显示器，故对移动性的限制依然存在。

另外的实例是，NIHON KOHDEN公司所生产的AirEEG，以及Compumedics公司所生产的Siesta，其提供了无线的传输接口，以使得使用者背负于身上的检测装置所测得的脑电信息能够即时且无线传送至一定范围内的监看装置，因而达成提供使用者高度移动性又能即时监控的目的，但此种形式的脑电检测装置仍然无法解决当检测装置背负于身上时的不适应感，以及电极自胸前、或是腰间连接至头皮时，电极线容易遭到拉扯的问题。

由上可知，无论是最为传统的脑电检测装置、或是已经出现的改良式脑电检测装置，都仍然无法避免连接线容易拉扯的问题。

再说，脑波信号是很微弱的电信号，而要如何得出清楚的脑波信号也一直是长久以来的研究重心之一，但正如本领域技术人员所公知的，电极线长度越长越容易出现噪声，且电极线彼此之间也容易相互干扰而产生噪声，因此，电极线的配置在脑电检测领域中也是很重要的课题。

而且，在脑电检测越来越普及、越受到重视的情形下，举例而言，睡眠生理的检测，脑部创伤者、或脑部疾病患者，例如，阿兹海默症、精神分裂等的检测等都必须借助脑电检测装置来执行，因此，在设计脑电检测装置时，尚需考虑其是否符合人体的使用习惯，所以，除了缩短电极线长度外，如何提供符合使用习惯的装置形式，的确也是需要更进一步着墨的研究点。

发明内容

本发明的目的即在于提供一种耳戴式脑电检测装置，其利用最接近头部的耳朵作为检测装置的固定位置，不但能够大幅减少电极连接线的长度，以减少噪声的产生，还能避免电极线受到拉扯的困扰，进而提升检测的准确性。

本发明的再一目的是在于提供一种耳戴式脑电检测装置，其利用耳朵作为固定检测装置的位置，不但可降低使用者背负检测装置的不适感，也让脑电检测的使用更贴近日常生活的使用习惯。

本发明的又一目的则是在于提供一种无线耳戴式脑电检测装置，以在增加使用者移动性之余，也兼顾即时监控的需求。

根据上述，本发明提供一种耳戴式脑电检测装置，其包括多个电极，设置于使用者头部，以采集脑电信号，以及至少一个壳体，且该壳体之中包括脑电检测电路系统，以及RF模块，其中，该脑电检测电路系统与所述多个电极相连接，以取得脑电信号，以对该脑电信号进行处理，且该脑电检测电路包括处理器，模拟信号处理单元，以及模拟/数字信号转换单元，而该RF模块则是用以对外进行无线传输，其中，该耳戴式脑电检测装置还包括与该壳体相结合的耳戴式结构，其可在进行脑电检测时与使用者的耳朵相结合，以使该壳体可以通过耳朵而作为设置、固定的媒介，并使该壳体落在使用者的颈部以上，以及通过该处理器驱动该RF模块，该耳戴式脑电检测装置可将已数字化的该脑电信号无线传输至外部装置，并与该外部装置达成双向沟通。

根据本发明的一个优选实施例，该耳戴式结构与至少一个电极相结合，且该与耳戴式结构相结合的电极设置于耳朵之上或是耳廓后的乳突骨(mastoid)处，且该与耳戴式结构相结合的电极可为参考电极。

另外，优选地是，该外部装置可用以对该脑电信号进行监看、分析、和/或储存，且通过该RF模块而对该耳戴式脑电检测装置进行设定。

再者，根据本发明的另一优选实施例，该耳戴式脑电检测装置还可包括存储器，以储存该脑电信号，而该存储器则可为可卸除式存储器，并且，该耳戴式脑电检测装置也可包括沟通接口，例如，有线沟通接口，以与该外部装置进行沟通。

此外，根据本发明的再一优选实施例，该壳体可以实施为两个，以使该电路系统分散设置于该两个壳体之中，并彼此相互电连接，其中，该两个壳体之间的电连接可以利用该耳戴式结构而加以达成，以及所述多个电极可分别连接至位于该两个壳体之中的电路系统。另外优选地是，根据本发明的耳戴式脑电检测装置也可包括电极定位元件，以用以定位电极设置位置。

附图说明

图1为显示脑电检测所常用的10-20脑波电极配置法的示意图；

图2A～图2B为显示根据本发明的优选实施例，耳戴式脑电检测装置的使用情形示意图；

图3A～图3B为显示根据本发明的优选实施例，耳戴式脑电检测装置的外观结构示意图；

图4A～图4C为显示根据本发明的优选实施例，耳戴式脑电检测装置的可实施结构示意图；

图5为显示根据本发明的耳戴式脑电检测装置的电路结构示意图；

图6A～图6C为显示根据本发明的优选实施例，耳戴式脑电检测装置的电路结构的示意图；

图7A～图7B为显示根据本发明的优选实施例，耳戴式脑电检测装置的电极配置示意图；

图8为显示根据本发明的优选实施例，电极结构的示意图；以及

图9为显示根据本发明的优选实施例，电极定位元件的实施示意图。

其中，附图标记说明如下：

10  耳戴式结构                12  耳朵

20  壳体                      22  脑电检测电路

222 处理器                    224 模拟信号处理单元

226 模拟/数字转换单元         24  RF模块

30  电极                      40  软性PCB

50  电极定位元件

具体实施方式

本发明将可由以下的实施例说明而得到充分了解，从而使得本领域技术人员可以据以完成，然本发明的实施并非可由下列实施例而被限制其实施方式。

本发明涉及一种耳戴式脑电检测装置，其能提升脑电检测时配置检测装置以及电极的方便性，以让脑电检测摆脱以往繁复、不方便的检测程序，进而提升使用者对于脑电检测的接收度。

正如前述已知，一直以来，由于脑电检测的设置程序相当繁复，再加上一般不是需要自头连接很长的线到外部的机器，而让使用者失去移动性，就是要背负机器在胸前、或腰间，因此，通常，脑电检测都被归类为较不易测量、较困难执行的生理检测。而本发明就是希望能够打破如此的现况，提供一种新颖的配置方式，以让脑电检测能够更符合人体的使用习惯，进而简化脑电检测的操作程序。

图2A～图2B分别显示根据本发明的耳戴式脑电检测装置的两种可能使用情形，如图所示，本发明的耳戴式脑电检测装置的主机壳体20挂设于使用者的耳朵12之上，因此，主机壳体20之上设置有耳戴结构10，以作为设置于耳朵12之上的媒介。在此，基于下列原因，本发明选择了耳朵作为固定主机的位置：

1.既然脑电检测就是必须要将电极设置于受测者的头部，因此，将主机设置在最接近头部的位置自然是最好的选择，如此一来，不仅可将电极线的长度缩至最短，当电极线仅环绕于头部周围时，使用者的移动性、方便性等也都能大幅获得提升及改进，而且，制作成本也同样能有所降低，更重要的是，身体其他部分的移动不易拉扯到电极线，更加确保了检测的正确性。

2.基于人类的耳朵上适合挂置物体的原则，而且，已有许多的电子产品，如MP3播放器、蓝牙耳机等均利用此种方式进行设置，因此，一般大众对于设置于耳朵上的模式已相当熟悉、也有很大的接受度，故使用者能够很自然地接受并使用如此的产品形式。

3.脑电检测一直以来多会使用耳朵附近，例如，耳垂、耳廓后的乳突骨等处的位置作为电极的设置点，因此，当主机利用耳戴结构进行固定时，耳戴结构将能够同时结合电极的取样点，如此一来，就等于节省了一些电极线的设置，也等于简化了脑电电极的设置复杂度。

所以，基于上述的理由，本发明选择了耳朵作为固定脑电检测装置的位置。

接着，请参阅图3A～图3B，其显示根据本发明的耳戴式脑电检测装置的示意图。根据本发明的耳戴式脑电检测装置包括耳戴式结构10、至少一个壳体20以及测量用的脑电电极30。其中，该耳戴式结构用以设置于使用者耳朵之上，该壳体20与该耳戴式结构相10连接，以利用该耳戴式结构10而附着于耳朵之上。而且，该壳体20之中包含用以执行脑电检测的电路，至于所述多个脑电电极30则是连接至该壳体20中的脑电检测电路，以输入所采集的脑电信号。

另请参阅图4A～图4C，其显示根据本发明的耳戴式脑电检测装置的其他可能实施例，在此要说明的是，图4A～图4C所示仅是作为举例之用，因此，仅列举一些可能的实施方式，并非作为限制之用。

如图所示，当脑电检测装置实施为耳戴形式时，可以有很多种的实施方式。首先，因应电路的多寡、使用方便性、以及电极线的分布，该壳体可以实施为单个(如图3A所示)、或是两个，因此，壳体可以位于单边的耳朵之上、双边的耳朵之上、或者也可以是不落在耳朵上，而是仅利用耳戴式结构进行固定(如图4B所示)，另外，耳戴式结构本身也可以采用单边、或是双边的形式，再者，因应主机设置位置的不同，耳戴结构也可进行变化，例如，当主机分置于两边耳朵时，可以有如一般耳机的头带式(如图2A、图3B所示)、后挂式(如第A图以及图4B所示)、或是耳挂式(如图2B、图3A、以及图4C所示)的形式，而当只有一个主机时，则能够实施为利用单边耳朵、或是双边耳朵进行固定，也能将机器设置在脑后(如图4B所示)等。因此，只要是通过耳朵进行固定的形式均属本发明的范围，并无任何限制。在此要说明的是，当实施为多个壳体时，多个壳体之间必须达成电连接，且所测得的脑电检测信号间需有共同的接地点，如此才能进行分析。

接着，有关本发明的耳戴式脑电检测装置的内部电路设置方面，如图5所示，则包括脑电检测电路系统22以及RF模块24，在此，该脑电检测电路系统22之中则包括但不限于处理器222、模拟信号处理单元224，例如，滤波器、放大器，以及模拟/数字转换单元226，由于已为本领域技术人员所公知，因此不多加赘述。

而本发明的另一个特点则是，该壳体20之中还包括有RF模块24，以进行无线传输。进行如此的配置方式的原因是，既然本发明的中心主旨就在于降低使用复杂性、减少电极线的不便以及拉扯、以及增加使用者可移动性，因此，省略耳戴式装置与监控装置之间的连接线自然是相当重要的一个设置，所以，在该脑电检测电路22外增设RF模块24，作为与外部进行无线沟通的接口，也达到让使用者自由移动的目的，再加上，即时监控一直以来都是脑电检测领域中相当重要的实施方式，因此，采用RF模块还可让即时监控不会因增加了移动性而被牺牲，而且，通过RF模块维持两者间的连线，也让外部监控装置能够在无线的情形下对使用者身上的检测装置进行控制、参数设定等各种相关的操作，亦即，两者间可以进行双向的无线沟通。至于设置于身上的装置与放置于外部的监控装置间的电路要如何切割，则没有一定的限制，不过，基本上，电极所采集的生理信号通常会先经过数字化的程序才能进行无线传递。

再者，虽然根据本发明的耳戴式脑电检测装置具备有RF无线传输模块，不过，其也能包括存储器，以在无线传输之外提供另外的选择。举例而言，若所实施的检测需要长时间纪录病患的脑部活动时，则存储器就能作为储存信号之用，以在检测完成之后进行分析，或者，该存储器也可以作为无线传输之前的缓冲储存，以在使用者脱离无线传输范围时，暂时地储存检测信息，且在使用者重回传输范围后再行传输信息，又或者，也可以作为无线即时传输的备份之用，以避免传输的疏漏等，以为整个检测过程提供一定的帮助。而为了读取存储器中所储存的信息，则该脑电检测装置就必须具备有将存储器中的资料对外传输的传输接口，举例而言，除了可以利用原本即具有的RF无线传输接口之外，还能另外具备有线的传输接口，例如，USB、1394等传输接口，当然，该存储器也可实施为可卸除的形式，因此，只需将该存储器取出即可读取其中的资料。

当然，当壳体数量实施为两个以上时，位于壳体中的该脑电检测电路的配置，就可以有不同的选择。举例而言，如图6A-图6C所示，其显示具有两个壳体20时，该脑电检测电路的一些配置情形，如图6A所示，两个壳体20中均具有处理器222以及模拟/数字转换电路226，该两个壳体20等于是两个可相互沟通的次主机，而两个壳体间的电连接则会提供两个处理器222间的沟通及数字信号交换，在此实施例中，双边壳体可连接出电极30，不过，如上所述，接地电极通常是相连的，至于其他电极要自哪个壳体拉出则可以根据不同的检测模式而有所变化；图6B显示单边壳体20具有处理器222、双边具有A/D转换器226的情形，在此情形下，具有处理器的壳体20将可以通过两者间的电连接而对另外的壳体20进行数字控制；图6C则显示单边的壳体20实施为类似集线器(Hub)的功能，其中，某些相近的电极30与其连接，然后再由其将信号传输至另一边具有A/D转换器226及处理器222的壳体20进行后续的处理，在此情形下，信号可以直接以模拟形式而自集线器壳体传输至具处理器的壳体后，再继续相关的信号数字化、信号处理等程序，举例而言，脑电检测时由于电极数量众多，因此就可以利用此种方式，先收集模拟脑电信号，再将其传送至A/D转换器进行模拟/数字转换。

当然，上述仅是作为举例之用，电路的配置也可以有不同的选择，而且，壳体的数量也可以多于二个，例如，可以使用三个壳体，且以其中一个壳体作为容置电池之用，如此就可以使电池体积较不受限。

至于电极的数量以及配置方面，则可依照用途的不同而有所改变，若脑电的检测用于一般常见的脑电检测，则可以是16通道、32通道、64通道等，或者，若仅用于搭配性的脑波检测，亦即只需得知脑波的概略变化，例如，睡眠检测时的脑波测量就只需C3、C4、O1、O2加上A1、A2即可，因此，所配置的电极的数量完全没有任何的限制，主要以应用领域作为依据。

另外，至于先前已提及的与该耳戴式结构相结合的电极的部分，其可以是作为参考电极的A1、A2，或者，也可以是设置于耳朵上(整个耳朵都可为取样点)、或是附近的取样点，例如，耳廓后的乳突骨处等，如此一来，只要设置完成该耳戴式结构就等于同时完成该电极的配置，相当方便，因此，利用该耳戴式结构作为取样点的想法并不受限于特定的位置，而且，若再配合该耳戴式结构在构型上可产生的不同，则与其结合的电极在设置上将可有更多的变化，完全可依需要而进行改变。

至于在电极连接线的部分，如图7A-图7B所示，除了可以如传统方式地一个电极连接一条线至壳体外，也可以有不同的变化，例如，可以从壳体20中先连接出整束的多条电极，等到达电极设置位置时再一个电极一个电极的分离出来(如图7A以及图2A-图2B所示)，或是，可以通过两个壳体20间的头带式耳戴结构10而设置电极线，再由头带中拉出分别的电极线至设置位置，且在该头带的下方也可设置电极(如图7B所示)，这些都是可以实施的方式，但并不受限，其中，特别地是，也可以利用软性PCB进行跑线，如此一来，就可能可以在同一块软性PCB 40上搭载多个电极的线路，如图8所示，等到达电极设置位置处时，再分开为多条只承载单个电极线路的软板，在此，使用软板的最大优点就是轻巧，而且，若再加上软板构型上的变化(如图8所示的弯曲形状)，则甚至可以利用软板材质的特性而达到伸缩的效果，进而突破连接线长度的限制，此外，利用软板同时承载多条电极线的形式，其同时能提供的优点是，因为电极线彼此间的距离固定，不会因移动、晃动而改变，因此，因电极线所产生的干扰能够降至相当的低，将可更有利于检测的进行。不过，同样地，本发明对于电极连接线的形式并无一定的限制，可以是任何能够方便使用、符合成本的形式。

又举例而言，所述多个电极尚可以利用电极定位元件50而作为设置位置的依据，以让电极设置更为简单、正确。如图9所示，当实施为头带式的耳戴脑电检测装置时，就可以利用设置于头顶的头带而定位出正中央的Cz位置以及T3、C3、C4、T4，而通过在Cz位置上设置与其相互垂直的另一带体，就可以定位出Fz与Pz，以及Fp1、Fp2、O1、O2，在此情形下，可以实施为电极线集结于带体之中，且带体为可调整长度，如此，只要使用者设置好两侧的壳体，并将Cz的位置确定于头顶正中央，就等于确定了其他电极的位置，之后，再由T3、C3、C4、T4延伸出其他的电极(例如，可以限制延伸的长度而确保位置的正确性等)，就可以得到F7、F3、F4、F8以及T5、P3、P4、T6的位置。当然，图9所示仅是其中一种电极定位元件的实施方式，不受限于此，例如，也可以是，该电极定位元件仅单纯地提供电极的设置位置，而不与电极相结合，亦即，当电极定位元件与双边的壳体相结合而确定使用者的头部大小之后，就直接确定所有电极的位置，而使用者再根据该电极定位元件所指示的位置而设置由壳体所拉出的电极即可。

另外，在有关电极的设置方面，根据本发明的耳戴式脑电检测装置也提供阻抗检测(impedance check)的功能，以帮助使用者确认设置位置的正确与否。

因此，根据本发明，能够使脑电检测的程序以及操作变得更为容易，因此，可以促使脑电检测获得更广泛的应用，例如，可以应用于生理回馈(biofeedback)、脑力训练、检测ERP(event-related potential)(例如，ERPP300)等，以让更多人能够受益。

综上所述，根据本发明的耳戴式脑电检测装置，其利用最接近头部的耳朵作为依附装置的依据，不仅能够有效降低电极连接线的长度及设置复杂度，达到降低成本及减轻电极线干扰的目的，也能提供使用者符合一般使用习惯的配置模式，例如一般配戴耳机的模式，完全不会增加使用负担，再加上所配备的RF无线传输模块，可提供使用者高度的移动性，因此，本发明采用耳戴形式的脑电检测装置不但可以降低检测干扰，提高检测的正确性，更能增加使用者的使用意愿，以使脑电检测的接收度以及应用范围均获提升。

纵使本发明已由上述的实施例详细叙述而可由本领域技术人员进行各种改动，然而均不脱离所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种耳戴式脑电检测装置，包括：

多个电极，设置于使用者头部，以采集脑电信号；以及

至少一个壳体，其中包括：

脑电检测电路系统，设置于该壳体之中，并与所述多个电极相连接，以取得脑电信号，并对该脑电信号进行处理，其中，该脑电检测电路包括：

处理器；

模拟信号处理单元；以及

模拟/数字信号转换单元；以及

RF模块，以对外进行无线传输，

其中，

该耳戴式脑电检测装置还包括与该壳体相结合的耳戴式结构，该耳戴式结构能在进行脑电检测时与使用者的耳朵相结合，以使该壳体能够通过耳朵而作为设置、固定的媒介，并使该壳体落在使用者的颈部以上；以及

通过该处理器驱动该RF模块，该耳戴式脑电检测装置能够将已数字化的该脑电信号无线传输至外部装置，并与该外部装置达成双向沟通。

2.根据权利要求1所述的耳戴式脑电检测装置，其中，该耳戴式结构与至少一个电极相结合。

3.根据权利要求2所述的耳戴式脑电检测装置，其中，该与耳戴式结构相结合的电极设置于耳朵之上、和/或耳廓后的乳突骨处，以及其中，该与耳戴式结构相结合的电极能够作为参考电极。

4.根据权利要求1所述的耳戴式脑电检测装置，其中，该外部装置用以对该脑电信号进行监看、分析、和/或储存。

5.根据权利要求1所述的耳戴式脑电检测装置，其中，该外部装置通过该RF模块而对该耳戴式脑电检测装置进行设定。

6.根据权利要求1所述的耳戴式脑电检测装置，其中，该耳戴式脑电检测装置还包括存储器，以储存该脑电信号，且该存储器为可卸除式存储器。

7.根据权利要求1所述的耳戴式脑电检测装置，其中，该耳戴式脑电检测装置还包括沟通接口，以与该外部装置进行沟通，且其中该沟通接口为有线沟通接口。

8.根据权利要求1所述的耳戴式脑电检测装置，其中，该壳体实施为两个。

9.根据权利要求8所述的耳戴式脑电检测装置，其中，该电路系统分散设置于该两个壳体之中，并彼此相互电连接，其中，该两个壳体利用该耳戴式结构而相互电连接，以及其中，所述多个电极分别连接至位于该两个壳体之中的电路系统。

10.根据权利要求1所述的耳戴式脑电检测装置，还包括：电极定位元件，用以定位电极设置位置。

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