CN102497809B - 电极固定装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将传感器/电极放置和固定到个体的头部上的装置和方法。所述装置/方法优化了信号信息，并且避免了与现有技术中的装置和方法相联系的一些问题。该装置包括：刚性且防流体的外层（4）；弹性且防流体的内层（3），该内层（3）具有用于传感器或电极（1,5）的放置点；以及中间层，包括内层和外层之间的流体。该装置还包括器件（7,9）用于对所述流体的压力进行调节。内层和外层仅直接地沿着内层的周界而接合。

Description

电极固定装置

技术领域

本发明涉及一种用于将传感器/电极放置和固定到个体的头部上的装置和方法。

背景技术

由于历史原因，脑部电活动的测量，特别是在欧洲和俄国在神经生理学和心理生理学诊断中是广泛普及的。自从1960年起，关于生物反馈治疗的研发已在很大程度上在美国、加拿大、澳洲、欧洲和俄国执行。如本领域内已知的，存在着用于测量和影响脑部中的不同类型活动的生物学上的以及技术上的方法。最常见的方法是：脑电图（EEG）、脑血流图（Hemoencephalography，HEG）和脑磁图（MEG）。在QEEG（定量EEG测量）内，已开发了若干数学模型以便测量判别式函数（discriminantfunction），其包括：功率-相干性、相位、IFTA治疗前相对治疗后统计、低RATE、瞬间相干相位和Z记分生物反馈及其它。QEEG作为常见的EEG记录而被执行，其中操作者将若干（21个以上）电极布置于个体的头部上，以便同时登记大部分脑部电活动。在一个时段期间登记了脑部活动，并且可添加超过标准的（睁眼和闭眼）功能分配。经常将信息与由操作者已安装的所有各种软件系统所分析的活动进行比较。不同类型的软件运用了不同的数学模型用于诊断，而其它则使用了也称作协议的系统模型用于治疗。此外，重要的是：以正确方式放置QEEG系统中的电极，并且在电极与头皮之间的接触良好。这一点是重要的，以便获得最佳基础用于在两种测量之间的比较、或者用于比较来自两个或若干个体的测量。因此，作为标准，电极是根据国际10-20系统（international10-20system）（例如描述于ErnsNiedermeyer,FernandoLopesdaSilva的Electroencephalography:BasicPrinciples,ClinicalApplications,andRelatedFields,第140页）而放置的。从两个测量获得相同结果是有挑战性的。与现存的系统的总数相比，一种更标准化的系统关于本领域内的科研的进一步发展而言将会是非常有利的。

现在的大多数EEG和QEEG系统是基于适于10-20系统的罩和/或弹力网（elasticmesh），或其它较不为人知的布局图（placement-chart）。这些罩在各种设计中制成为具有孔用于插入电极。这些罩也制成为呈若干不同尺寸，因为在电极之间的距离必须根据10-20系统或其它布局图适合于颅骨尺寸。问题经常在于，由于头发以及颅骨形状，这些罩不能够为电极提供足够的压力来抵压着颅骨。对于个体而言，且特别是对于敏感的儿童而言，绷紧的罩经常是不舒服的。

优化是必需的，以实现一种信号、而没有过多的背景噪声。这样的噪声将会导致不太准确的测量和信息。电极也必须关于不同尺寸的颅骨以正确方式手动地放置，并且这经常是耗时的、并且需要能力。此外，由于人为故障，这样手动放置电极增加了以错误方式放置电极的风险。

专利申请US2007/0106170A1披露了用于EEG中的电极/传感器罩。多个可充气的囊用来实现电极上的压力。使用根据所述申请的可充气囊的技术方案需要多个适用于个体颅骨尺寸的罩，并且电极放置的手动调适仍然是必需的。

俄国专利申请SU676273A1披露了用于EEG中的电极/传感器罩。用于实现电极上的充足压力的技术方案类似于在美国专利申请号2007/0106170A1中所披露的技术方案。在此处，通过以这样的方式将罩的内层接合到外壳/外层即使得离散的囊形成于每个电极处，来形成了多个囊。所述方案的缺点与针对美国专利申请号2007/0106170A1所提及的那些一样。

日本专利申请JP2006-6667A披露了用于EEG中的电极/传感器罩。在实施例之一中，位于内帽与外盔之间的单独的气球被充气膨胀以在置于内帽上的电极上提供压力。与针对专利申请US2007/0106170A1所提及的那些缺点一样的缺点适用于JP2006-6667A的电极/传感器罩。

除了神经生理学/心理生理学诊断和治疗，对于脑部的电活动的测量也用于许多其它领域。在生物技术的领域中，可能的是，通过使用这样的测量，借助于合适的传感器将来自脑部的电脉冲转变为电子信号；这样的信号可继而引导/控制各种技术系统。这些技术系统可例如是战斗机飞行员头盔、语音合成器、机器人、各种娱乐系统（诸如计算机游戏）、以及使用脑部-计算机接口（BCI）的其它系统。

本发明的目的在于，提供一种用于将传感器/电极放置和固定到个体的头部上的装置和方法。所述装置/方法优化了信号信息，并且避免了与现有技术中的装置和方法相联系的一些问题。

发明内容

本发明涉及一种用于将传感器/电极放置和固定到个体的头部上的装置和方法。所述装置/方法优化了信号信息，并且避免了与现有技术中的装置和方法相联系的一些问题。

由所附的权利要求来限定了根据本发明的装置、其用途和方法。

所述装置可替代当前使用的现有技术的罩。该装置具有内罩/层,它是用具有直接地接合到外部刚性壳/层上的防流体物的防流体（fluid-proof）弹性材料来构造的。直接接合沿着内罩/层的周界，使得能实现所述内罩/层的均匀膨胀。在外壳和内罩之间的中间层，包括流体和/或可根据流体量或气压以均一方式被压缩/膨胀的材料。弹性罩/层在尺寸方面比其将会适合的最小头部略小。这是因为以下事实，内层必须能够向抵靠着颅骨的EEG电极加压，以实现最优信号。通过从中间层取出流体，气体或流体泵提供了将要在刚性外壳与弹性内罩之间发展的欠压/真空。弹性罩于是将会均匀地膨胀到比个体头部更大的尺寸。随后，个体戴上头盔，并且通过使用用于调节压力的器件例如阀，流体被释放回到中间层，使得内层收缩并且提供压力于电极上，推动它们抵靠着颅骨。弹性罩均匀地膨胀这一事实，也导致了在电极之间的距离均匀地增加。当使用例如10-20系统时，此装置/头盔导致了在电极之间的距离被恰当地调节，而与个体头部尺寸无关。可更好地运用时间和资源使用，并且实现针对QEEG分析的更标准化的系统。另外，耗时的个体调适、或适合于每个个体的很大数目的不同尺寸的罩，都将不会是必需的。

本发明主要是针对与EEG传感器一起使用而开发的，但是不限于此用法，且可以没有任何其它要求来适于用于像MEG和HEG这样的传感器、以及被开发用于测量脑部活动的其它传感器。

附图说明

图1：从前方看到的根据本发明的装置的横截面，没有真空。

图2：从前方看到的根据本发明的装置的横截面，具有真空。

图3：当个体具有大尺寸头部时，内罩上的电极的布置的实例。

图4：当个体具有小尺寸头部时，内罩上的电极的布置的实例。

图5：从侧面看到的根据本发明的装置的横截面，没有真空。

图6：从侧面看到的在对个体调适之后的根据本发明的装置的横截面，具有真空。

具体实施方式

本发明具有许多使用领域，例如EEG、HEG和MEG，但是针对在QEEG（定量脑电图）中的本发明的用法其在下面描述得更加详细以便图示出本发明解决何种问题。QEEG是EEG类型，其中操作者将若干（21个以上）电极置于个体的头部上，以便登记脑部电活动。脑部活动被登记一段时间，并且其经常呈示为地形图（topographicalmap）。地形图经常与规范数据库（包含着地形图的数据库）相比较。因此，重要的是，在QEEG系统中的电极被正确地放置以便实现用于比较的恰当基础。通常，电极因此根据国际10-20系统而布置。实现两个单独测量中的相同结果是有挑战性的，并且一种比现存的系统更标准化的系统将会因此是有利的。也可以使用除10-20系统以外的其他布局图。

图1示出了在流体被泵送出中间层以外之前在电极/传感器1之间的距离。当流体被泵送出时，图2，弹性内罩3将会均匀地膨胀，并且沿着X轴线在电极/传感器之间的距离将会相应地增加。图3和4分别示出了当使用头盔的个体具有大尺寸的头部时（例如成人，在此处具有头部尺寸58，图3）以及当个体具有小尺寸头部时（例如儿童，此处具有头部尺寸42，图4），沿着X轴线和Y轴线在电极/传感器之间的距离。以此方式，电极将会获得与使用装置/头盔的个体的头部尺寸无关的正确放置。

图5和6示出了本发明的一特定实施例。此处示出为一种类型的头盔包括刚性外壳4和弹性内罩3，它们由防流体的接合部10而接合到一起。接合部10优选地以这样的方式构造即使得弹性罩可被采用和脱下以便于促成对电极/传感器5、开关类型的罩3等等的清洁和修理。通过使用防流体的接合部，电极/传感器5被紧固于弹性罩3上并且穿透弹性罩3，并且属于所述电极/传感器的导线8被引出穿过防流体的接合部6。导线8连接至EEG测量装备11。通过使用阀9，流体压力受到被连接通过刚性外壳4的真空泵7的调节。在此实施例中，中间层中所使用的流体是空气。为了使得弹性内罩3均匀地并且不受妨碍地膨胀，借助于接合部10，其仅直接地沿着内罩3的周界而接合到刚性外壳4。

用在罩3中的材料可以是防流体的任何合适的弹性材料。这些包括了不同类型的天然或合成橡胶以及弹性体。更具体地，材料可以是例如乳胶或氯丁橡胶。罩可具有可变数目的点用于附接传感器/电极5。电极/传感器的数目、以及它们的布置，将会取决于所使用的用于测量的方法的类型。

外壳4中的材料可以是任何合适的刚性材料，包括不同类型的塑料、玻璃纤维、金属、纤维增强塑料、陶瓷材料等等。

用在在外壳4与内罩3之间的层2中的材料是流体，像空气、水和油，其可选地取决于流体压力而与可均匀地被压缩/膨胀的任何合适材料（像例如泡沫、聚合物、泡沫橡胶或海绵）相组合。

电极/传感器的数目可以从1变动到256，这取决于所使用的方法。在图1-2和5-6中，横截面上可见的电极的数目是与包含128个电极的罩相一致的。

在EEG测量中，除了上述电极，使用了两个参考或接地电极，其不依赖于集成到头盔内，而是通过一种类型的铜夹和凝胶而紧固到耳朵。这些也可集成到头盔内。参考电极是必需的、并且用在所有QEEG设置中，但是由于它们被紧固到耳垂或乳突（就在耳朵后面），则没有必要使用本系统以便优化该位置。

电极/传感器可以是用于测量脑部中的信号的任何类型的。当用于医学/神经生理学诊断和治疗中时，“湿”电极是优选的，因为这些提供了最佳的信号。用术语“湿”时，电极意指这样的电极，其与凝胶/膏/液体相组合而使用以提供与头皮的更好接触。在其它应用中，在针对信号品质的需求不那么高的情形下，也可使用干电极，并且其在许多情况下是优选的，因为它们更廉价且易于使用。

在图示的实施例中，来自电极的导线8被引出穿过外壳。在其它实施例中，所述导线可被捆扎并且连接至集成于头盔/外壳里面或之上的发送器/接收器，并且信号可由此被无线地传送至外部接收器。

本发明将会有助于增加EEG测量的再现性，使得有可能由于电极/传感器的简化调适而更快地执行这样的和其它测量（HEG和MEG），并且避免具有不同尺寸的传感器/电极罩的需要。另外，本发明使得较易地集成例如EEG测量用于如下的活动，诸如：飞机、机器人、计算机程序和游戏的控制/操纵，以及BCI（脑部-计算机接口）的其它用法。

通过任何合适的防流体器件，诸如例如胶合、焊接、夹具、拉链或者夹或卡夹组，可实现接合部10。

头盔也可配备有颚带以进一步稳定头部上的位置/放置。提供这样的效果的其它解决方案可以是使用弓状部（bow）、耳罩、或某些类似物。

Claims (14)

1.一种用于将传感器定位和固定到个体的头皮上的装置，包括外层(4)，该外层(4)接合到内层(3)并且部分地由中间层(2)分离开，其中该外层(4)包括刚性且防流体的材料，其特征在于：

-该内层(3)由弹性且防流体的材料制成，包括用于放置传感器的点；

-该内层(3)仅直接地沿着内层(3)的周界而接合到外层(4)；

-该中间层(2)包括流体；以及

-所述装置还包括用于对该中间层(2)中的流体压力进行调节的器件。

2.根据权利要求1所述的装置，包括附接到内层(3)的多个传感器。

3.根据权利要求1所述的装置，其中用于放置传感器的点是与10-20系统一致的。

4.根据权利要求1至3中的任一权利要求所述的装置，其中所述传感器是电极。

5.根据权利要求4所述的装置，其中电极适于用在脑电图、脑磁图或脑血流图中。

6.根据权利要求1所述的装置，其中内层(3)是由天然或合成橡胶制成的。

7.根据权利要求6所述的装置，其中内层(3)是由乳胶或氯丁橡胶制成的。

8.根据权利要求1所述的装置，其中该中间层(2)包括与附加材料结合的所述流体，其中所述附加材料能够通过对所述流体的压力进行调节而均匀地被压缩或膨胀。

9.根据权利要求8所述的装置，其中所述中间层(2)中的附加材料是海绵或泡沫橡胶。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述中间层(2)中的流体是空气。

11.根据权利要求1所述的装置，其中用于调节压力的器件是阀(9)。

12.根据权利要求1至3中的任一权利要求所述的装置，包括用于将流体从中间层(2)取出的器件，所述器件是真空泵(7)。

13.根据权利要求12所述的装置，其中用于调节压力的器件是阀(9)，并且所述阀(9)集成到真空泵(7)内。

14.根据权利要求1至3中的任一权利要求所述的装置，该装置用于脑电图记录。