CN104470424B - 用于转换器的干式应用的转换器组件 - Google Patents

Abstract

一种转换器组件，包括：支撑终端；和从支撑终端延伸的至少一个探测器，适于允许转换器穿透和滑动穿过覆盖人的对象区域的毛发片。探测器包括至少一个腿结构，其支撑布置在该腿结构的远端处的转换器，转换器用于在将转换器通过腿结构施加至选定的对象区域时，感测或激励选定的对象区域的具体特性的状态。腿结构相对于支撑终端布置成：使得当将转换器组件施加至选定的对象区域时，腿结构布置为与对象区域成非垂直的角度。当将转换器在压力下施加至选定的对象区域时，腿结构适于弯曲，因此引起转换器在对象区域上滑动。

Description

用于转换器的干式应用的转换器组件

相关申请的交叉引用

本发明是未决的2012年3月19日所提交的美国临时专利申请编号61/612,867和2012年5月25日所提交的美国临时专利申请编号61/652,073的部分继续申请。

背景技术

本发明大体涉及转换器组件，例如允许从转换器对外部装置的通信的传感器组件，尤其针对感测转换器向对象区域的应用。在本文中使用的术语“对象区域”指头皮、胸腔或人体的任何其它区域。选定的对象区域的具体特性的状态，例如由转换器感测的生物电位，通过转换器组件传送至外部装置。

对于EEG(脑电图描记器)应用，其中，感测转换器是电极，传感器组件用于将电极施加到对象区域来允许生物电位的感测。对于一些对象区域，优选包含贴附至身体的称为湿电极的传感器组件。常规的湿电极传感器组件包括Ag/AgCl盘(或一些其它导电材料的盘)。湿导电胶用于建立穿过在对象区域和Ag/AgCl盘之间的任何毛发的电连接。在对象区域的表面上的电位经过胶联接至Ag/AgCl盘并进入电子放大器。标准的湿电极传感器组件提供在对象区域和记录仪器之间的安全、低阻抗的电连接，并因此确保高质量的信号感测。然而，结合对于皮肤准备的需要，电解胶的使用对于使用者设立通常是耗费时间的，对于对象刺激皮肤且不方便。备选地，设计成推开穿过毛发来直接接触头皮且不需要导电胶或皮肤准备的干电极已经作为湿电极的备选被开发。

实际上，干电极具有许多可用性问题。虽然在裸露皮肤(例如前额)上获得信号相对直接，但大多数EEG设置还需要在由毛发覆盖的头部区域上的电极。根据厚度，毛发片通常难以可靠地穿透，并且它们阻碍传感器物理地触及皮肤。毛发的存在使得在最小的帮助或调整下建立由对象能够容易且快速适应的干式EEG系统有挑战性。

已知的现有技术的干式EEG电极典型地利用设计成推开穿过毛发束至头皮的笔直、硬质指状物。虽然指状物电极能够有效穿过许多不同发型到达头皮，但是它们具有若干缺点。如果指状物的直径足够小能够容易地在毛发之间穿透，那么由于在尖点接触头皮处的高应力集中这可能变得疼痛。不在头部上引起不舒服的较大直径的指状物不经手动调整则通常不能在毛发之间穿透。笔直指状电极，当由硬质材料制成时，在冲击条件下也是损伤危险物。现有技术的干电极的实例在美国专利编号4,967,038和美国专利申请公开编号2009/0030298 A1中以及医疗工程g.tec网站上以题名“g.SAHARA ACTIVE DRY EEGLECTRODE SYSTEM”有所描述。

湿电极和干电极均需要一些压力施加机构来将它们物理地固定到对象的头部。对于湿电极，保持机构可以是粘合剂，其中电极粘接至头皮。对于干电极，保持机构包括没有粘合剂下的弹力帽和机械头盔装置。

发明内容

本发明提供一种转换器组件，包括：支撑终端；和附接至支撑终端并从支撑终端延伸的至少一个探测器；其中，至少一个探测器包括至少一个腿结构，其支撑布置在该腿结构远端处的转换器，转换器用于在转换器通过腿结构施加至选定的对象区域时，感测或激励选定的对象区域的具体特性的状态；并且其中，该至少一个腿结构相对于支撑终端布置成：使得当将转换器组件施加至选定的对象区域时，将其布置成相对于对象区域非垂直的角度。

在一些实施例中，当转换器在压力下施加至选定的对象区域时，该至少一个腿结构适于弯曲，因此引起转换器在对象区域上滑动。

本发明的转换器组件的弯曲-和-滑动特性在下面在示出的示范实施例的描述后进行讨论。

本发明的转换器组件使得转换器能够穿透且滑动穿过覆盖对象区域的毛发片，同时保持舒适和安全。由于任何施加的压力引起腿支撑的转换器在身体表面滑动，而不是进入身体，因此使不舒适和损伤的风险最小化。滑动动作也有助于分开毛发，并且将转换器定位在毛发下面并直接定位在皮肤上。在高压力或冲击下，柔性腿能够构造成直到与整个电极组件一起压扁才损毁，因而这进一步降低了损伤的可能性。

优选地，将多于一个的探测器附接至支撑终端上以用于机械稳定性。

可与本发明的转换器组件一起使用的转换器包括但不限于感测电学特性、温度和光学特性的转换器，和用来传输电流用于穿透头部激励的转换器。

在一些实施例中，将根据本发明的多个转换器组件与帽、皮带或安全带结合，以便当将帽、皮带或安全带布置成将转换器组件定位在多个对象区域上方时，将它们的相应转换器施加至多个对象区域。

本发明的其它特性参考优选实施例的详细描述来进行描述。

附图说明

图1是根据本发明的转换器组件的一个实施例的等距视图。

图2是图1所示的转换器组件的顶视图。

图3是图1和2所示的转换器组件所包括的成对探测器的顶视图。

图4示出了在图1所示的转换器组件中的不同的探测器的上腿和下腿结构的交叉布置。

图5示出了当对转换器组件施加不充分的压力以将转换器组件按压在对象区域表面上时图1所示的转换器组件的腿结构的弯曲。

图6示出了当对转换器组件施加足够的压力以将转换器组件按压在对象区域表面上时图1所示的转换器组件的腿结构的折叠。

图7是根据本发明的转换器组件的另一实施例的等距视图。

图8是图7中所示的转换器组件所包括的探测器的平面侧视图。

图9示出了当对转换器组件施加高压并按压到对象区域表面上时，图7所示的转换器组件的腿结构的折叠。

图10是根据本发明的转换器组件的另一实施例的等距视图。

图11是图10所示的转换器组件所包括的探测器的等距视图。

图12和13示出了本发明的弯曲-和-滑动特性。

具体实施方式

参考图1和2，根据本发明的转换器组件10的一个示范实施例包括支撑终端12和附接至支撑终端12并从支撑终端12延伸的多个探测器14a、14b和14c。支撑终端12以三角形构造连接探测器14a、14b、14c。支撑终端12也用作用于外部信号连接器的附接点。虽然在图1中支撑终端12绘出为三角形，但是支撑终端12可以是任何形状。在该其它实施例的其他形式中，可存在多于或少于六个探测器。

参考图3，单独的探测器14包括下腿结构18，上腿结构20以及在探测器14连接至支撑终端12处的分支22。下腿结构18包括支撑转换器25的脚24，和柔性接合处26。上腿结构20包括支撑转换器29的脚28，和柔性接合处30。当相应转换器25、29与对象区域接触并且压力施加到支撑终端22时，下腿和上腿结构18、20在其相应接合处26、30处弯曲并引起脚支撑的转换器25、29在对象区域上滑动。

虽然下腿结构18和上腿结构20两者均包含相似的部件，但是如图1和4所示，他们具有不同的形状并且布置成不同的定向，以在每个腿结构18、20弯曲时使转换器组件10的径向扩张最小化。

进一步参考图4，其示出了一个探测器14a的下腿结构18a相对于相邻探测器14b的上腿结构20b的布置，一个探测器14a的下腿结构18a交叉布置在相邻探测器14b的上腿结构20b的下面。这种交叉由在上腿结构20中的接合处30b的隆起形状进行调节。在本实施例中，每个探测器14a-c的下腿结构18适配在相邻探测器14a-c的上腿结构20的下面，交叉的相邻腿结构18、20定向为相对支撑终端12的圆周的稍微切线方向。这种布置允许每个下腿结构18弯曲时，每个下腿结构18能够折叠在上腿结构20的下面，因此使转换器组件10的整体面积最小化。使整体面积最小化对于转换器组件10的高密度阵列尤其有利，在转换器组件10的高密度阵列中，多个转换器组件10必须紧密放置。

为了更好地示出腿结构18、20的弯曲和折叠，图5和6分别示出了在未压缩状态和压缩状态下的传感器组件10。当传感器组件10被压扁时，腿结构18，20弯曲，下腿结构18适配在上腿结构20下面。弯曲动作引起转换器25、29在对象区域上滑动。当在对象区域上存在毛发的情况下，滑动动作有助于将转换器25、29定位在毛发束下面以用于更好地直接与皮肤或头皮接触。由于在所有探测器14a-c内的腿结构18、20均被压扁，与具有笔直指状物的现有技术的干电极组件对比，本发明降低了对对象的损伤的风险。

参考图7，根据本发明的转换器组件40的另一示范实施例包括支撑终端42和附接至支撑终端42并从支撑终端42延伸的六个探测器44a、44b、44c、44d、44e以及44f。支撑终端42支撑六个探测器44a、44b、44c、44d、44e以及44f。在该其它实施例的其它形式中，可存在多于或少于六个探测器。支撑终端42也用作用于外部信号连接器的附接点。虽然在图4中支撑终端42示出为圆形，但是支撑终端42可以是任何形状。

参考图8，单独的探测器44包括仅仅一个腿结构48。腿结构48包括在探测器44连接至支撑终端42处的分支52，柔性接合处54以及支撑转换器57的脚56。当转换器57与对象区域接触并且对支撑终端42施加压力时，腿结构48在接合处54处向外弯曲，并引起脚支撑的转换器55在对象区域上滑动。当在对象区域上存在毛发的情况下，滑动动作有助于将转换器57定位在毛发束下面以用于更好地直接与皮肤或头皮接触。如图9所示，由于对支撑终端42施加充分的压力时，在所有探测器44内的所有腿结构48均被压扁，所以与具有笔直指状物的现有技术的干电极组件对比，本发明降低了对对象的损伤的风险。

参考图10，根据本发明的转换器组件60的另一示范实施例包括支撑终端62和五个探测器64a、64b、64c、64d以及64e，这些探测器由支撑终端62支撑并从支撑终端62以非垂直于支撑终端62的方向向外延伸。在该其它实施例的其他形式中，可存在多于或少于五个探测器。

参考图11，单独的探测器64包括单个环状的腿结构66，其具有附接至支撑终端62的两个终端68a、68b。环状腿结构66的至少一部分是由柔性材料制成，将其布置为当对支撑终端62施加压力时，使得腿结构66从支撑终端62向外弯曲。在该另一实施例的其他形式中，环状的腿结构66包括布置在邻近终端68a、68b的区域中的接合处，其中这些接合处使得当对支撑终端62施加压力时，腿结构66从支撑终端62向外弯曲。

转换器70布置在腿结构66的远端处，当对支撑终端62施加压力并因此引起转换器70在对象区域上滑动时，转换器70用来感测或激励当通过腿结构将转换器70施加到选定的对象区域时选定的对象区域的具体特性的状态。

腿结构66的环状的一个优点是更好地将弯曲动作限制为相对支撑终端62的径向、向外的方向，并且因此阻止腿结构66沿着不最理想的方向(例如侧向)弯曲，这可能损坏其整体性。环状的第二个优点是可将转换器70制成环的部分，这使得转换器70在压力下能够弯曲并提供较大的舒适性和对于对象表面的接触面积。

参考图12和13，讨论了本发明的转换器组件的弯曲-和-滑动特性。将在探测器80的远端处具有转换器82的通用探测器80布置成与对象区域84不垂直的角度同时定向为与施加的力D不平行的方向。在典型的现有技术的EEG系统中，头帽、皮带或其他安全带系统通常提供垂直于对象区域84的这种力D。因为本发明的转换器组件将探测器80定向为相对于对象区域84非垂直的方向，因此力D引起探测器80在方向S上偏转并使得接触转换器82能够在对象区域84上滑动。接触转换器82由导电材料制成，以从对象区域84获得电信号。滑动动作使得转换器82的尖端能够推开毛发，并实现对对象区域84的更好接触。在极限压力下，探测器80仅在其一侧被压扁并抵在对象区域84上，并且因此在对象区域84的上方广泛地分布。结合探测器80在极限压力下压扁的能力的本发明的滑动动作使得转换器82既能穿透也能推开毛发，同时保持舒适和安全性。

在利用电传输的本发明的实施例中，转换器组件的支撑终端和探测器能够在转换器和外部装置之间传输电信号。这可以通过不同技术获得。在一些实施例中，支撑终端和探测器由尼龙或柔性且可弯曲的任何其它弹性塑料制成；并且将银色漆施加至表面以使得支撑终端和探测器导电。备选技术包括将塑料支撑终端和塑料探测器浸入用导电材料覆盖它们的表面的电镀浴中。备选地，整个转换器组件可由诸如碳填充的塑料、导电的银-硅化合物或固体金属的导电材料制成。进一步备选地，由于仅仅在探测器的远端处的转换器的接触区域需要是导电的，仅仅将转换器的接触区域喷涂/覆盖导电材料或由导电材料制成；并且信号由嵌入或沿着转换器组件的剩余部分前行的导电体向转换器传输或从转换器传输。

在那些在腿部结构中包括接合处的示范实施例中，并不需要外在的接合处。该接合处可以仅仅是由附接至支撑终端的腿结构提供的弯曲功能；或者接合处的柔性功能是腿结构固有的，例如当腿结构是由足够柔性的材料制成时。

本发明的转换器组件除了用于感测生物电位的实施例外，可广泛应用于包括将转换器放置在人的表面上的其它实施例。在一个实施例中，由探测器的腿结构支撑电热调节器以穿过毛发感测头部温度。另一种应用包括将光学传感器放置在腿结构的远端处以用于测量血氧饱和度或近红外光谱。在又一实施例中，转换器组件用来传输电流，而不是或除了感测生物电位之外，用于穿透头部激励。

在EEG系统中使用本发明的转换器组件的方法的示范实施例中，转换器是连接至EEG系统的输入端的电极；并且将多个电极布置在头戴帽，皮带或安全带内部以促进在对象上的多通道布置。

由帽施加的轻微向下的压力具有沿着对象区域切线地推动腿结构的尖端来将毛发推到不阻碍处以使得电极能够与皮肤接触。在一个多电极构造中，典型地，将每个电极均并入能够施加压力的头戴帽中，使得所有电极均同时在相应对象区域上滑动，并且因此允许压力的快速施加。

当记录完成时，使用者仅仅移除电极和/或头戴装置，皮带或安全带。

在本文中具体陈述的优点不一定应用于本发明的每个构思的实施例。此外，本发明的这种陈述的优点只作为实例并且不应该限制为仅仅本发明的优点。

虽然上面的描述包含许多特性，但是这不应当解释为对本发明的范围的限制，而是应作为在本文中描述的优选实施例的实例。其它变形是可能的，并且本发明的范围不应该由在本文中描述的示范实施例决定而是由权利要求和其法律等同体决定。

Claims (8)

1.一种转换器组件，包括：

支撑终端；以及

至少一个探测器，其附接至所述支撑终端并从所述支撑终端延伸；

其中，所述至少一个探测器包括至少一个腿结构，其支撑布置在所述腿结构的远端处的干电极，所述干电极用于在将所述干电极通过所述腿结构施加至选定的对象区域时，感测或激励所述选定的对象区域的具体特性的状态；以及

其中，所述至少一个腿结构相对于所述支撑终端布置成：使得当将所述干电极组件施加至所述选定的对象区域时，所述至少一个腿结构布置为与所述选定的对象区域成非垂直的角度，

其中，所述支撑终端和所述至少一个探测器由柔性且可弯曲的弹性塑料材料制成，

其中，当将所述干电极在压力下施加至所述选定的对象区域时，所述至少一个腿结构适于弯曲，并因此引起所述干电极在所述选定的对象区域上滑动。

2.根据权利要求1所述的转换器组件，其特征在于，多个所述探测器附接至所述支撑终端并从所述支撑终端延伸。

3.根据权利要求2所述的转换器组件，其特征在于，单独的所述探测器包括多个所述腿结构。

4.根据权利要求3所述的转换器组件，其特征在于，

其中，单独的所述探测器包括上腿结构和下腿结构；以及

其中，所述上腿结构和下腿结构中的每个包括：脚，其支撑干电极；以及柔性接合处，使得当相应干电极与对象区域接触且将压力施加至所述支撑终端时，所述上腿和下腿结构在它们的相应接合处弯曲并引起所述脚支撑的干电极在所述对象区域上滑动。

5.根据权利要求3所述的转换器组件，其特征在于，

其中，单独的所述探测器包括上腿结构和下腿结构；以及

其中，一个所述探测器的下腿结构交叉布置在相邻的所述探测器的上腿结构的下面，从而在各个腿结构弯曲时使所述转换器组件的径向扩张最小化。

6.根据权利要求2所述的转换器组件，其特征在于，

其中，单独的所述探测器包括上腿结构和下腿结构；以及

其中，所述上腿结构和下腿结构中的每个包括：脚，其支撑干电极；以及柔性接合处，使得当相应干电极与对象区域接触且将压力施加至所述支撑终端时，所述上腿和下腿结构在它们的相应接合处弯曲并引起所述脚支撑的干电极在所述对象区域上滑动。

7.根据权利要求2所述的转换器组件，其特征在于，单独的所述探测器包括环状的腿结构，其从基板以非垂直于所述支撑终端的方向向外延伸。

8.根据权利要求1所述的转换器组件，其特征在于，

其中，单独的所述探测器包括上腿结构和下腿结构；以及

其中，所述上腿结构和下腿结构中的每个包括：脚，其支撑干电极；以及柔性接合处，使得当相应干电极与对象区域接触且将压力施加至所述支撑终端时，所述上腿和下腿结构在它们的相应接合处弯曲并引起所述脚支撑的干电极在所述对象区域上滑动。