FR3065870A1 - Dispositif de mesure d'une activite electrique sur un etre vivant - Google Patents

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Stephane Bonnet
Sadok Gharbi
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Abstract

L'invention concerne un dispositif (1a, 1b) de mesure d'une activité électrique d'un être vivant, comprenant un support (10) et au moins une électrode (Ei) fixée audit support et destinée à être appliquée contre la peau de l'être vivant pour capter une activité électrique, caractérisé en ce que : Le dispositif comporte un mécanisme (12) de réglage de la position de ladite électrode (Ei) par rapport audit support (10), Ledit mécanisme de réglage comporte au moins une enveloppe (120a, 120b) et un piston (121a, 121b) monté en coulissement l'un par rapport à l'autre et définissant entre eux une chambre de pression (122a, 122b), Une entrée (123a, 123b) de fluide débouchant dans ladite chambre de pression (122a, 122b) pour amener un fluide sous pression dans ladite chambre afin d'entraîner un coulissement relatif entre ladite enveloppe et le piston.

Description

@ Titulaire(s) : COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES Etablissement public.
O Demande(s) d’extension :
® Mandataire(s) : INNOVATION COMPETENCE GROUP.
® DISPOSITIF DE MESURE D'UNE ACTIVITE ELECTRIQUE SUR UN ETRE VIVANT.
FR 3 065 870 - A1 (® L'invention concerne un dispositif (1a, 1b) de mesure d'une activité électrique d'un être vivant, comprenant un support (10) et au moins une électrode (Ei) fixée audit support et destinée à être appliquée contre la peau de l'être vivant pour capter une activité électrique, caractérisé en ce que:
Le dispositif comporte un mécanisme (12) de réglage de la position de ladite électrode (Ei) par rapport audit support (10),
Ledit mécanisme de réglage comporte au moins une enveloppe (120a, 120b) et un piston (121a, 121b) monté en coulissement l'un par rapport à l'autre et définissant entre eux une chambre de pression (122a, 122b),
Une entrée (123a, 123b) de fluide débouchant dans ladite chambre de pression (122a, 122b) pour amener un fluide sous pression dans ladite chambre afin d'entraîner un coulissement relatif entre ladite enveloppe et le piston.
Figure FR3065870A1_D0001
Figure FR3065870A1_D0002
Dispositif de mesure d'une activité électrique sur un être vivant
Domaine technique de l'invention
La présente invention se rapporte à un dispositif de mesure d'une activité électrique sur un être vivant.
L'invention concerne également un système complet de mesure d'une activité électrique, comportant plusieurs dispositifs de l'invention.
Etat de la technique
Dans le domaine de la mesure d'une activité électrique dans un corps humain, il est connu de positionner un certain nombre d'électrodes sur le corps d'un patient pour enregistrer l'activité électrique. Il existe notamment les principes de mesure connus de type électroencéphalogramme (EEG) pour mesurer l'activité électrique du cerveau, électrocardiogramme (ECG) pour mesurer la performance du cœur ou électromyogramme (EMG) pour mesurer l'activité neuromusculaire.
Parmi ces trois principes cités ci-dessus, le plus difficile à mettre en place est souvent l'électroencéphalogramme. Dans le cas d'une mesure de type EEG (pour Electroencephalographie), les électrodes sont placées sur la tête du patient pour mesurer l'activité électrique du cerveau. Les signaux prélevés sont alors très faibles et nécessitent une amplification.
L'architecture typique d'un système EEG se compose de plusieurs électrodes pour mesurer des différences de potentiel. Il est possible de mettre en place un montage dit unipolaire dans lequel on utilise une ou plusieurs électrodes actives et une électrode de référence ou un montage dit bipolaire dans lequel on utilise deux électrodes actives. Le système EEG comporte en général une seule électrode de référence. Dans un montage unipolaire, l'électrode de référence est positionnée dans un endroit à faible activité électrique. Une électrode de masse est également employée pour fixer le zéro électrique du système.
Comme décrit ci-dessus, en EEG, la différence de potentiel mesurée entre deux électrodes est très faible, de l'ordre du microvolt. De plus, les électrodes EEG ne captent pas seulement le signal électrique provenant du cerveau. Les électrodes sont extrêmement sensibles à leur environnement ; elles peuvent capter le bruit électromagnétique généré par des appareils électriques environnants (p. ex., ordinateur, téléphone cellulaire, amplificateur, éclairage).
Pour améliorer la détection, il existe plusieurs solutions. L'une d'elles consiste à améliorer la conductivité entre l'électrode et la peau du patient, par exemple en appliquant un gel. Cependant, on préfère de plus en plus utiliser des électrodes dites sèches.
Ces électrodes sèches sont par exemple fixées sur une armature d'un casque destiné à être posé sur la tête du patient. C'est le cas par exemple dans les documents US8326396B2 ou US8548554B2.
Avec des électrodes sèches, il est cependant difficile d'obtenir une faible impédance de contact entre l'électrode et la peau du patient et donc d'obtenir un signal d'une intensité suffisante. Pour améliorer la qualité du contact, le brevet US8548554B2 propose notamment de monter chaque électrode sur un ressort afin d'assurer une certaine pression de contact, et ainsi de diminuer l'impédance de contact. Cependant, cette solution s'avère peu satisfaisante. Les ressorts étant tous identiques, elle ne permet pas de s'adapter à différentes morphologies et la pression de contact obtenu pourra donc différer d'un patient à l'autre.
Le but de l'invention est de proposer un dispositif de mesure d'une activité électrique sur un être vivant qui permet d'obtenir une pression de contact suffisante pour abaisser l'impédance de contact entre l'électrode et la peau de l'être vivant, tout en s'adaptant à différentes morphologies.
Exposé de l'invention
Ce but est atteint par un dispositif de mesure d'une activité électrique d'un être vivant, comprenant un support et au moins une électrode fixée audit support et destinée à être appliquée contre la peau de l'être vivant pour capter une activité électrique, dans lequel :
Le dispositif comporte un mécanisme de réglage de la position de ladite électrode par rapport audit support,
Ledit mécanisme de réglage comporte au moins une enveloppe et un piston monté en coulissement l'un par rapport à l'autre et définissant entre eux une chambre de pression,
Une entrée de fluide débouchant dans ladite chambre de pression pour amener un fluide sous pression dans ladite chambre afin d'entraîner un coulissement relatif entre ladite enveloppe et le piston.
Selon une réalisation particulière, l'électrode est solidaire de ladite enveloppe.
Selon une autre réalisation particulière, l'électrode est solidaire dudit piston.
Selon une particularité, le dispositif comporte une vanne de commande pour ajuster la pression dans ladite chambre.
Selon une autre particularité, le dispositif comporte une valve de décompression agencée pour dépressuriser ladite chambre de pression.
L'invention concerne également un système de mesure d'activité électrique, qui comporte un support principal et plusieurs dispositifs tels que définis ci-dessus, montés sur ledit système.
Selon une particularité, le système comporte une unité de commande et de traitement agencée pour commander une mise en pression de chaque chambre de pression.
Selon une autre particularité, le système comporte un module logiciel exécuté par ladite unité de commande et de traitement pour commander la mise en pression de chaque chambre des dispositifs à partir d'une détermination d'une impédance de contact entre l'électrode dudit dispositif et la peau de l'être vivant.
Selon une autre particularité, ledit support principal se présente sous la forme d'un casque.
Selon une autre particularité, le système comporte une source d'alimentation en fluide sous pression.
Selon une autre particularité, la source d'alimentation est reliée à chaque dispositif par une tuyauterie souple.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit faite en regard des dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 représente de manière schématique, le principe d'un système de mesure d'une activité électrique de type EEG appliqué sur la tête d'un être vivant ;
La figure 2 représente de manière schématique le dispositif de mesure de l'activité électrique de l'invention ;
Les figures 3A et 3B représentent une première variante de réalisation du dispositif de mesure de l'activité électrique de l'invention, respectivement selon deux états distincts ;
Les figures 4A et 4B représentent une deuxième variante de réalisation du dispositif de mesure de l'activité électrique de l'invention, respectivement selon deux états distincts ;
La figure 5 illustre de manière schématique le principe de fonctionnement d'un système de mesure d'activité électrique conforme à l'invention ;
La figure 6 représente un algorithme de commande mis en oeuvre dans le système de mesure d'activité électrique de l'invention ;
Description détaillée d'au moins un mode de réalisation
L'invention concerne notamment un dispositif de mesure d'une activité électrique comprenant une électrode destinée à être mise en contact de la peau d'un être vivant. L'invention s'applique plus particulièrement aux mesures de type EEG, EMG ou ECG. Une réalisation particulière sera notamment décrite pour une application de type EEG. Dans la suite de la description, de manière non limitative, l'être vivant est par exemple un être humain.
De manière classique, comme décrit ci-dessus, l'enregistrement d'une activité électrique sur un corps humain est réalisé en utilisant plusieurs électrodes. Pour mesurer une activité électrique, il faut au moins deux électrodes. Il est possible de réaliser deux types de montage :
Un montage dit unipolaire dans lequel on utilise une électrode de référence et une électrode active. Il s'agit alors de mesurer la différence de potentiel entre l'électrode active et l'électrode de référence ;
Un montage dit bipolaire dans lequel on utilise deux électrodes actives. La différence de potentiel est alors mesurée entre ces deux électrodes ;
Une électrode est dite active lorsqu'elle est destinée à capter le signal souhaité. Un système de mesure à plusieurs électrodes, par exemple employé pour un électroencéphalogramme (EEG), utilise donc plusieurs électrodes positionnées de manière normalisée. Un tel système utilise en général une seule électrode de référence et des différences de potentiel sont alors mesurées entre chaque électrode active et cette électrode de référence. Une électrode de masse est également employée pour définir le zéro électrique.
Le système international 10/20 de placement des électrodes est le système le plus couramment utilisé. Les chiffres 10 et 20 dénotent le fait que la distance entre deux électrodes adjacentes est de 10 % à 20 % de la distance totale soit entre le devant et le derrière de la tête ou entre le côté gauche et le côté droit du crâne. Au total, 21 électrodes sont posées sur le cuir chevelu selon des règles strictes. Il existe également d’autres systèmes de placement des électrodes tels que le système 10/10.
La figure 1 représente de manière schématique le principe d'un système de mesure d'une activité électrique de type EEG utilisant plusieurs électrodes actives Ei (i allant de 1 à n) et une seule électrode de références Eref,. Une unité centrale UC mesure la tension Vi générée entre chaque électrode active Ei et l'électrode de référence Eref et détermine ainsi l'activité électrique correspondante.
Il est connu que les électrodes EEG ne captent pas seulement le signal souhaité, mais également toutes sortes de pollution électromagnétique. La source de bruit la plus importante vient des lignes électriques, qui émettent des oscillations électromagnétiques de 50 Hertz (ou 60 Hz). Le bruit capté par une électrode EEG est normalement beaucoup plus élevé que le signal EEG d'intérêt. Dans un montage à deux électrodes tel que décrit ci-dessus, comme les deux électrodes captent à peu près le même bruit, un amplificateur soustrait alors les deux signaux, éliminant ainsi le bruit, ce qui permet de conserver en sortie que le signal EEG souhaité. En outre, puisque le bruit électromagnétique capté par les électrodes est généralement beaucoup plus élevé que le signal EEG d’intérêt, lors de l’analyse du signal EEG, il est également possible de moyenner les essais afin d’augmenter le ratio signal/bruit, et ainsi de distinguer le signal EEG bruité du signal EEG d'intérêt.
Comme décrit ci-dessus, la différence de potentiel mesurée entre deux électrodes appliquées sur un être vivant est souvent très faible, de l'ordre du microvolt, rendant nécessaire une amplification du signal et un filtrage pour éliminer le bruit généré par les perturbations.
Pour des raisons de facilité d'installation, il est désormais connu d'employer des électrodes dites sèches, placées directement au contact de la peau du patient, sans avoir recours à un gel entre l'électrode et la peau. Dans le cas d'une mesure de type EEG, ces électrodes sont placées au contact de la tête du patient comme expliqué cidessus. Chaque électrode sèche comporte par exemple un capteur doté de plusieurs points de contact destinés à venir en appui contre la peau du patient. De manière connue mais non limitative, chaque électrode pourra comporter un boîtier sur lequel est fixé ledit capteur destiné à la capture des signaux électriques et dans lequel est logé une carte électronique, pouvant comporter notamment un amplificateur pour amplifier le signal mesuré.
En référence à la figure 2, un dispositif 1a, 1 b de mesure d'activité électrique du type de l'invention comporte au moins un support 10 et au moins une électrode Ei, par exemple, du type décrit ci-dessus.
Selon un aspect particulier de l'invention, le dispositif comporte également un mécanisme 12 de réglage de la position de l'électrode Ei par rapport à son support 10. Ce mécanisme de réglage est adaptatif et permet d'ajuster précisément la position de l'électrode par rapport au support. Ce support 10 comporte avantageusement des moyens de fixation du dispositif sur une armature, telle que par exemple celle d'un casque destiné à être porté par le patient.
De manière générale, ce mécanisme de réglage 12 comporte une enveloppe 120a, 120b et un piston 121a, 121b mobile en coulissement l'un par rapport à l'autre. Le mouvement relatif est mis en oeuvre en injectant un fluide sous pression dans une chambre de pression 122a, 122b agencée entre l'enveloppe et le piston. De manière non limitative mais particulièrement avantageuse, le fluide sera de l'air et le mécanisme de réglage sera donc de type pneumatique. Il pourra également s'agir d'un autre gaz ou mélange gazeux ou d'un liquide.
Le fluide est injecté à une pression supérieure à la pression atmosphérique de manière à assurer un déplacement relatif du piston par rapport à l'enveloppe.
La liaison mécanique entre l'enveloppe 120a, 120b et le piston 121 a, 121 b étant de type coulissement, l'électrode Ei sera agencée pour se déplacer en translation suivant une direction globalement perpendiculaire à la surface de la peau du patient.
Le dispositif comporte une entrée 123a, 123b par laquelle le fluide est injecté sous pression dans la chambre de pression 122a, 122b pour régler la position relative de l'enveloppe 120a, 120b par rapport au piston 121a, 121b.
De manière avantageuse, le dispositif comporte également une vanne Va, Vb, par exemple une électrovanne, commandée pour assurer l'injection du fluide sous pression dans la chambre de pression 122a, 122b. La vanne pourra par exemple prendre trois positions :
Une position ouverte dans laquelle elle autorise l'injection du fluide dans la chambre de pression 122a, 122b pour ajuster la position de l'électrode Ei ;
Une position fermée dans laquelle l'injection de fluide dans la chambre de pression 122a, 122b est stoppée pour maintenir la chambre à une pression donnée et verrouiller ainsi la position de l'électrode Ei ;
Une position de mise à l'air libre, pour assurer une dépressurisation de la chambre de pression 122a, 122b ;
Bien entendu, toute autre solution pourrait être envisagée pour assurer la mise en pression de la chambre et sa dépressurisation.
En complément ou en variante de réalisation, une valve de dépressurisation de la chambre de pression pourra être employée. Une action sur cette valve permettra de libérer automatiquement la pression dans la chambre.
De manière optionnelle, chaque dispositif pourra comporter un capteur de pression permettant de mesurer la pression dans la chambre, afin de mieux ajuster le niveau de pression dans la chambre.
En référence aux figures 3A, 3B et 4A, 4B, deux modes de réalisation distincts peuvent être envisagés.
Dans un premier mode de réalisation représenté sur les figures 3A et 3B, l'électrode Ei est fixée sur l'enveloppe 120a et l'enveloppe 120a est ainsi agencée mobile par rapport au piston 121a. Le piston 121 a est ainsi solidaire du support 10. L'enveloppe 120a se présente par exemple sous la forme d'une douille cylindrique montée mobile en coulissement sur le piston 121a. La douille cylindrique comporte une base formant son fond qui est fermé, une paroi latérale et une ouverture à l'opposé de sa base traversée par une tige 125a du piston fixée au support. La chambre de pression 122a est ménagée entre le piston et le fond de la douille. L'entrée d'injection de fluide est par exemple agencée axialement à travers la tige 125a du piston puis à travers l'épaisseur du piston pour déboucher dans ladite chambre. Un joint d'étanchéité est avantageusement positionné entre le piston 121a et l'enveloppe 122a pour isoler la chambre de manière hermétique en dehors de l'entrée 123a de fluide. L'électrode Ei est par exemple fixée dans un réceptacle 124a adapté solidaire de la douille. Ce réceptacle pourra s'adapter à différents formats d'électrode. Les figures 3A et 3B illustrent deux positions prises par l'électrode E1, respectivement avant une injection de fluide sous pression dans la chambre 122a et après une injection de fluide sous pression dans la chambre 122a.
Dans un deuxième mode de réalisation représenté sur les figures 4A et 4B, l'électrode Ei est fixée sur le piston 121b qui est alors monté mobile en coulissement dans l'enveloppe 120b. L'enveloppe 120b est alors fixée sur le support 10. L'enveloppe 120b se présente par exemple sous la forme d'une douille cylindrique dans laquelle le piston 121b est monté en coulissement. La douille cylindrique comporte une base formant son fond, une paroi latérale et une ouverture à l'opposé de sa base à travers laquelle une tige 121b du piston 121b se déplace. La douille est fixée par son fond au support 10 et la chambre de pression 122b est ménagée entre le piston 121b et le fond de la douille. L'entrée 123b de fluide débouche dans la chambre 122b ainsi définie. La vanne Vb contrôle l'injection de fluide dans la chambre. De même, réceptacle 124b est également prévu pour accueillir l'électrode Ei. Ce réceptacle pourra s'adapter à différents formats d'électrode.
Un système complet de mesure d'une activité électrique sur un patient comporte avantageusement plusieurs dispositifs 1a, 1b du type décrit ci-dessus.
En référence à la figure 5, un tel système est représenté de manière schématique. De manière non limitative, il est représenté avec des dispositifs 1 bj correspondants au deuxième mode de réalisation décrit ci-dessus. Ce système complet comporte notamment la source 2 de fluide à injecter sous pression dans chaque dispositif pour régler la position de chaque électrode Ei. Cette source 2 comporte par exemple un mini-compresseur.
Dans le système, les dispositifs 1 bj sont avantageusement connectés en parallèle à ladite source 2. Chaque vanne VbJ est commandée pour alimenter de manière individuelle leur dispositif ou une vanne Vb commune est agencée pour commander l'alimentation de tous les dispositifs simultanément.
Selon un aspect particulièrement avantageux, le système comporte une unité de commande et de traitement 3 et au moins un module logiciel, exécuté par ladite unité de commande et de traitement pour déterminer les commandes de mise en pression de chaque chambre 122b_i.
Pour cela, de manière avantageuse, le module logiciel met en oeuvre un algorithme tel que celui illustré par la figure 6 dans lequel la pression exercée sur chaque électrode est asservie à une mesure d’impédance électrique sur la peau.
Il s’agit ici d’injecter un courant de faible intensité à travers une première électrode (active ou de référence) et l'électrode de masse. Ensuite la valeur mesurée de l'impédance est comparée à une valeur de consigne. La pression exercée sur chaque électrode est ensuite ajustée jusqu’à atteindre l’impédance de peau de consigne. Avant chaque mesure EEG, le mécanisme ajuste la pression jusqu’à obtenir une impédance de contact qui garantisse une mesure EEG non bruitée (typiquement 5-10 kOhm).
En référence à la figure 6, il s'agit par exemple de suivre les étapes suivantes : Le module logiciel commande l'injection d'un courant de faible intensité à travers une première électrode (active ou de référence) et l'électrode de masse ;
Un capteur mesure la tension générée entre les deux électrodes par l'injection de courant ;
- A partir de la mesure de tension, le module logiciel en déduit (bloc B3) une impédance de contact entre l'électrode (active ou de référence) et la peau du patient ;
Il compare (bloc B1) la valeur mesurée Zmes de l'impédance avec une valeur de consigne Zcons correspondant à une mesure EEG non bruitée (typiquement 5-10 kOhm) ;
Il détermine si la pression de contact doit être maintenue, augmentée ou diminuée en tenant compte de la différence entre la valeur mesurée Zmes et la valeur de consigne Zcons ;
Il détermine (bloc B2) alors la commande en pression Sp correspondante à appliquer au dispositif (1a ou 1b) associé à l'électrode Ei commandée (par commande de son électrovanne) ;
- Ce processus est répété jusqu'à ce que la valeur de consigne Zcons en impédance soit atteinte ;
L'unité de commande et de traitement 3 envoie cette commande S à la vanne VbJ correspondante du dispositif. Tant que la pression de contact n'est pas satisfaisante, le module logiciel commande la vanne pour augmenter ou diminuer la pression dans la chambre de pression 122b_i du dispositif. De manière optionnelle, l'unité de commande et de traitement 3 pourra recevoir du capteur de pression présent dans chaque dispositif, le niveau de pression du fluide présent dans la chambre.
L'unité de commande et de traitement 3 défini ci-dessus sera avantageusement identique ou incluse dans l'unité de traitement UC décrite ci-dessus en référence à la figure 1 et destinée à mesurer l'activité électrique de l'être vivant.
La solution de l'invention présente de nombreux avantages, parmi lesquels :
Une grande fiabilité de fonctionnement, permettant d'assurer des mesures d'activité électrique avec une impédance de contact particulièrement faible ; Une facilité d'installation, car les différents dispositifs peuvent être facilement assemblés sur l'armature d'un casque ;
Une solution facilement réalisable et peu coûteuse car utilisant des moyens aisément disponibles ;
Le dispositif et le système de l'invention pourront notamment être employés pour mesurer un signal optique, comme décrit dans le brevet EP3054281A1.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif (1a, 1b) de mesure d'une activité électrique d'un être vivant, comprenant un support (10) et au moins une électrode (Ei) fixée audit support et destinée à être appliquée contre la peau de l'être vivant pour capter une activité électrique, caractérisé en ce que :
    Le dispositif comporte un mécanisme (12) de réglage de la position de ladite électrode (Ei) par rapport audit support (10),
    Ledit mécanisme de réglage comporte au moins une enveloppe (120a, 120b) et un piston (121a, 121b) monté en coulissement l'un par rapport à l'autre et définissant entre eux une chambre de pression (122a, 122b),
    Une entrée (123a, 123b) de fluide débouchant dans ladite chambre de pression (122a, 122b) pour amener un fluide sous pression dans ladite chambre afin d'entraîner un coulissement relatif entre ladite enveloppe et le piston.
  2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode (Ei) est solidaire de ladite enveloppe (120a).
  3. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode (Ei) est solidaire dudit piston (121b).
  4. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte une vanne de commande (Va, Vb) pour ajuster la pression dans ladite chambre (122a, 122b).
  5. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une valve de décompression agencée pour dépressuriser ladite chambre de pression (122a, 122b).
  6. 6. Système de mesure d'activité électrique, caractérisé en ce qu'il comporte un support principal et plusieurs dispositifs tels que définis dans l'une des revendications 1 à 5 montés sur ledit système.
  7. 7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte une unité de commande et de traitement (3) agencée pour commander une mise en pression de chaque chambre de pression (122a, 122b).
  8. 8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte un module logiciel exécuté par ladite unité de commande et de traitement (3) pour commander la mise en pression de chaque chambre des dispositifs à partir d'une détermination d'une impédance de contact entre l'électrode dudit dispositif et la peau de l'être vivant.
  9. 9. Système selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que ledit support principal se présente sous la forme d'un casque.
    5
  10. 10. Système selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte une source d'alimentation (2) en fluide sous pression.
  11. 11. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce que la source d'alimentation (2) est reliée à chaque dispositif (1a, 1b) par une tuyauterie souple.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20110015503A1 (en) * 2009-07-17 2011-01-20 WAVi Medical apparatus for collecting patient electroencephalogram (eeg) data
WO2016116505A1 (fr) * 2015-01-20 2016-07-28 Universiteit Antwerpen Système de positionnement de capteur

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