RU182738U1 - Dry active electrode for neurocomputer interface - Google Patents

Dry active electrode for neurocomputer interface Download PDF

Info

Publication number
RU182738U1
RU182738U1 RU2018108624U RU2018108624U RU182738U1 RU 182738 U1 RU182738 U1 RU 182738U1 RU 2018108624 U RU2018108624 U RU 2018108624U RU 2018108624 U RU2018108624 U RU 2018108624U RU 182738 U1 RU182738 U1 RU 182738U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electronic module
housing
electrically conductive
electrode
electrode according
Prior art date
Application number
RU2018108624U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Анатольевич Конышев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Нейроботикс Трейдинг"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Нейроботикс Трейдинг" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Нейроботикс Трейдинг"
Priority to RU2018108624U priority Critical patent/RU182738U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU182738U1 publication Critical patent/RU182738U1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/25Bioelectric electrodes therefor
    • A61B5/279Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses
    • A61B5/291Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses for electroencephalography [EEG]

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к медицинской технике, в частности к устройствам для снятия информации о мозговой деятельности или функциональном состоянии мозга человека при исследованиях методами электроэнцефалографии для последующего использования полученных данных в области нейрокомпьютерного интерфейса. Обеспечивает повышение качества сигнала электрической мозговой активности при проведении электроэнцефалографии неинвазивным методом без использования дополнительной электропроводящей контактной среды. Устройство включает электропроводящий токосъемник 1, который имеет внешние выступы 2 и контактный разъем 3. Контактный разъем 3 выполнен с обеспечением возможности его механического размещения в ответной части 4 контактного разъема 3. Контактный разъем 3 и его ответная часть выполнены с фиксацией от случайного выпадения, например, в виде соединения «кнопка для одежды». Электрод содержит корпус 5 и электронный модуль 6. Электронный модуль 6 размещен в корпусе 5. Ответная часть 4 контактного разъема 3 вмонтирована в электронный модуль 6. Электронный модуль 6 включает защитный резистор 7, соединенный с операционным усилителем 8 и аналоговым ключом 9. Аналоговый ключ 9 выполнен с обеспечением возможности приема внешнего сигнала управления, 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

Figure 00000001
The utility model relates to medical equipment, in particular, to devices for recording information about brain activity or the functional state of the human brain during studies by electroencephalography for subsequent use of the data obtained in the field of neurocomputer interface. Provides improved signal quality of electrical brain activity during electroencephalography non-invasive method without the use of additional electrically conductive contact medium. The device includes an electrically conductive current collector 1, which has external protrusions 2 and a contact connector 3. The contact connector 3 is configured to be mechanically located in the mate 4 of the contact 3. The connector 3 and its mate are secured against accidental loss, for example, in the form of a “button for clothes” connection. The electrode contains a housing 5 and an electronic module 6. An electronic module 6 is housed in the housing 5. The counterpart 4 of the connector 3 is mounted on the electronic module 6. The electronic module 6 includes a protective resistor 7 connected to an operational amplifier 8 and an analog key 9. Analog key 9 made with the possibility of receiving an external control signal, 9 z.p. f-ly, 4 ill.
Figure 00000001

Description

Полезная модель относится к медицинской технике, в частности к устройствам для снятия информации о мозговой деятельности или функциональном состоянии мозга человека при исследованиях методами электроэнцефалографии для последующего использования полученных данных в области нейрокомпьютерного интерфейса.The utility model relates to medical equipment, in particular, to devices for recording information about brain activity or the functional state of the human brain during studies by electroencephalography for subsequent use of the data obtained in the field of neurocomputer interface.

Нейрокомпьютерный интерфейс (НКИ) (называемый также прямой нейронный интерфейс, мозговой интерфейс, интерфейс мозг-компьютер, BCI -brain-computer interface) - система, предназначенная для обмена информацией между мозгом и электронным устройством (например, компьютером). Она позволяет пользователю взаимодействовать с внешним миром без посредства нервов и мышц, только с помощью управляющих сигналов, генерируемых его мозговой деятельностью посредством односторонней или двухсторонней связи между мозгом и электронным устройством.Neurocomputer Interface (NCI) (also called direct neural interface, brain interface, brain-computer interface, BCI-brain-computer interface) is a system designed to exchange information between the brain and an electronic device (e.g. computer). It allows the user to interact with the outside world without the help of nerves and muscles, only with the help of control signals generated by his brain activity through one-way or two-way communication between the brain and the electronic device.

На данный момент благодаря НКИ, стало возможным общение с парализованными больными, также нейропротезирование и лечение некоторых болезней. В исследовательских целях нейрокомпьютерный интерфейс позволяет узнать какие участки мозга отвечают за зрительное, эмоциональное восприятия и т.д. В игровой индустрии проводятся эксперименты, где испытуемые играют на компьютере при помощи электрических сигналов мозга.At the moment, thanks to NCI, it has become possible to communicate with paralyzed patients, as well as neuro prosthetics and the treatment of certain diseases. For research purposes, the neurocomputer interface allows you to find out which parts of the brain are responsible for visual, emotional perception, etc. In the gaming industry, experiments are conducted where subjects play on a computer using electrical brain signals.

Нейрокомпьютерный интерфейс обнаруживает паттерны активации деятельности в мозге, которые соответствуют желаемому действию человека. Всякий раз, когда пользователь производит их изменение, нейрокомпьютерный интерфейс в ответ способен перевести новые паттерны в действие, соответствующее воле пользователя. Распознавание определенного набора шаблонов включает в себя следующие этапы: получение сигнала, предварительная обработка, интерпретация и классификация данных.The neurocomputer interface detects patterns of activation of activity in the brain that correspond to the desired human action. Whenever the user changes them, the neurocomputer interface in response is able to translate the new patterns into action corresponding to the will of the user. Recognizing a specific set of patterns includes the following steps: receiving a signal, preprocessing, interpreting and classifying the data.

Одним из направлений существующих технологий получения сигналов от электрической мозговой активности является неинвазивный метод, заключающийся в снятии с кожи головы человека внешних сигналов (в основном, импульсов мозговой активности) с помощью наружных электродов. Этот метод известен как электроэнцефалография (ЭЭГ). Неинвазивные методы ЭЭГ используются в приложениях нейрокомпьютерного интерфейса, потому что они обеспечивают приемлемое качество сигнала в сочетании с низкой стоимостью и простотой в использовании.One of the directions of existing technologies for receiving signals from electrical brain activity is the non-invasive method, which consists in removing external signals (mainly pulses of brain activity) from the human scalp using external electrodes. This method is known as electroencephalography (EEG). Non-invasive EEG methods are used in neurocomputer interface applications because they provide acceptable signal quality combined with low cost and ease of use.

Как правило, электроэнцефалограмма (ЭЭГ) регистрируется с поверхности головы с помощью электродов посредством специального геля, являющегося дополнительной электропроводящей контактной средой. Одним из главных преимуществ проведения ЭЭГ-исследований с использованием геля является надежность их контакта с кожей головы и качество получаемого сигнала. Однако, имеются недостатки его использования - длительное время монтажа электродов, необходимость очищения электродов после каждого использования и волос после записи, высыхание электропроводящего геля при длительном исследовании. В некоторых ситуациях эти недостатки отрицательно влияют на результаты исследований. Например, при массовых исследованиях функций мозга, при диагностике неврологических расстройств у детей, в особенности при проведении исследований в ночное время суток, при длительных исследованиях, при осуществлении контроля состояния реанимационных больных, а также при применении в бытовых (не клинических) условиях в повседневной жизни, в частности для контроля инвалидной коляски, или приведения в движение протеза конечности человека или для воспроизведения текста на экране электронного устройства с помощью мысли, то есть при выполнении повседневных умственных задач.As a rule, an electroencephalogram (EEG) is recorded from the surface of the head using electrodes by means of a special gel, which is an additional electrically conductive contact medium. One of the main advantages of conducting EEG studies using a gel is the reliability of their contact with the scalp and the quality of the received signal. However, there are drawbacks to its use - the long installation time of the electrodes, the need to clean the electrodes after each use and hair after recording, drying of the electrically conductive gel with a long study. In some situations, these shortcomings adversely affect research results. For example, in mass studies of brain functions, in the diagnosis of neurological disorders in children, especially when conducting studies at night, during long-term studies, when monitoring the state of resuscitation patients, as well as when used in everyday (non-clinical) conditions in everyday life in particular to control a wheelchair, or to move a prosthesis of a person’s limb or to reproduce text on the screen of an electronic device with the help of thought, that is, when of everyday mental tasks.

Поэтому возникла потребность создания так называемых «сухих» электродов, которые обеспечивали бы для поставленных целей приемлемое качество передачи сигнала без использования дополнительной электропроводящей контактной среды.Therefore, there was a need to create the so-called "dry" electrodes, which would provide an acceptable signal transmission quality without the use of an additional electrically conductive contact medium.

Из существующего уровня техники известен сухой активный электрод для нейрокомпьютерного интерфейса, включающий электропроводящий токосъемник, имеющий внешние выступы, и контактный разъем, выполненный с обеспечением возможности механического размещения в ответной части контактного разъема (см., напр, http://www.gtec.at/Products/Electrodes-and-Sensors/g.SAHARA-Specs-Features). Выполнение токосъемника съемным позволяет при контроле его загрязнения обеспечить быструю замену на новый, что влияет на надежность электрического контакта с кожей головы. Кроме того, съемный электрод обеспечивает гигиеничность и позволяет использовать электроды разными людьми. Однако, недостатком описанного устройства является недостаточно высокое качество регистрации сигналов электрической мозговой активности по причине удаленности от электрода активной части - усилителя. Сигнал от электрода передается по проводу на ЭЭГ усилитель, подключаемый к обрабатывающему сигнал устройству либо встроенный в него. Электромагнитные помехи, создаваемые любой другой аппаратурой, находящейся поблизости, и механические помехи, возникаемые при движении или вибрациях провода ЭЭГ электрода, не позволяют передаваемому сигналу сохранять его амплитуду и форму в начальном, снятом с головы человека, виде, что существенно влияет на достоверность дальнейшей обработки этого сигнала, и, следовательно, на качество проводимых исследований. Кроме того, данное техническое решение не предусматривает контроль за правильностью позиционирования электрода на голове человека и достаточностью контакта электрода с кожей головы, что в свою очередь также влияет на качество снимаемого сигнала.A dry active electrode for a neurocomputer interface is known from the prior art, including an electrically conductive current collector having external protrusions and a contact connector configured to mechanically be placed in the contact part of the contact connector (see, for example, http://www.gtec.at /Products/Electrodes-and-Sensors/g.SAHARA-Specs-Features). The execution of the current collector removable allows for the control of its contamination to provide quick replacement with a new one, which affects the reliability of electrical contact with the scalp. In addition, a removable electrode provides hygiene and allows the use of electrodes by different people. However, the disadvantage of the described device is the insufficiently high quality of registration of signals of electrical brain activity due to the distance from the electrode of the active part - the amplifier. The signal from the electrode is transmitted by wire to the EEG amplifier, which is connected to the signal processing device or built into it. Electromagnetic interference caused by any other equipment located nearby and mechanical interference caused by the movement or vibration of the EEG electrode wire do not allow the transmitted signal to maintain its amplitude and shape in the initial form taken from the person’s head, which significantly affects the reliability of further processing this signal, and, therefore, on the quality of research. In addition, this technical solution does not provide for monitoring the correct positioning of the electrode on the human head and the adequacy of the contact of the electrode with the scalp, which in turn also affects the quality of the recorded signal.

Задачей, на решение которой направлено настоящее техническое решение, является получение более достоверной информации результатов анализа электроэнцефалограммы при проведении электроэнцефалографии неинвазивным методом без использования дополнительной электропроводящей контактной среды.The task to which the present technical solution is aimed is to obtain more reliable information on the results of the analysis of the electroencephalogram when conducting electroencephalography by a non-invasive method without using an additional electrically conductive contact medium.

Поставленная задача решается за счет того, что в сухом активном электроде для нейрокомпьютерного интерфейса, включающем электропроводящий токосъемник, имеющий внешние выступы и контактный разъем, выполненный с обеспечением возможности механического размещения в ответной части контактного разъема, согласно полезной модели электрод содержит корпус и электронный модуль, при этом ответная часть контактного разъема вмонтирована в электронный модуль, размещенный в корпусе и включающий защитный резистор, соединенный с операционным усилителем и аналоговым ключом, выполненным с обеспечением возможности приема внешнего сигнала управления.The problem is solved due to the fact that in a dry active electrode for a neurocomputer interface, including an electrically conductive current collector having external protrusions and a contact connector, configured to provide mechanical placement in the mating part of the contact connector, according to a utility model, the electrode contains a housing and an electronic module, the mating connector is mounted in an electronic module located in the housing and includes a protective resistor connected to the operational force elem and analog key adapted to enable receiving an external control signal.

Электронный модуль может быть подпружинен относительно корпуса, предпочтительно посредством амортизирующей вставки, выполненной из мягкого эластичного материала и установленной между электронным модулем и стенкой корпуса.The electronic module may be spring loaded relative to the housing, preferably by means of a shock absorbing insert made of soft elastic material and mounted between the electronic module and the wall of the housing.

Электропроводящий токосъемник может быть выполнен в виде диэлектрика с нанесенным на его поверхность покрытием серебро/хлорид серебра.The electrically conductive current collector can be made in the form of a dielectric coated with silver / silver chloride coating on its surface.

Электропроводящий токосъемник может быть выполнен из электропроводящего материала.The electrically conductive current collector may be made of electrically conductive material.

Электронный модуль может быть снабжен отводящими проводами.The electronic module may be equipped with lead wires.

В корпусе выполнен кольцевой выступ для обеспечения возможности его закрепления в установочном гнезде держателя электродов.An annular protrusion is made in the housing to enable its fixing in the mounting socket of the electrode holder.

В нижней части корпуса выполнены углубления для обеспечения возможности извлечения электропроводящего токосъемника из ответной части контактного разъема.Recesses are made in the lower part of the casing to enable the extraction of the electrically conductive current collector from the mating part of the contact connector.

Корпус может быть выполнен разъемным.The housing can be made detachable.

Электронный модуль может быть выполнен в виде печатной платы и дополнительно снабжен микроконтроллером и соединенным с ним цифровым потенциометром, который в свою очередь соединен с выходом операционного усилителя и с конденсатором цепи компенсации.The electronic module can be made in the form of a printed circuit board and is additionally equipped with a microcontroller and a digital potentiometer connected to it, which in turn is connected to the output of the operational amplifier and to the capacitor of the compensation circuit.

Техническим результатом, достигаемым приведенной совокупностью существенных признаков, является повышение качества сигнала электрической мозговой активности при проведении электроэнцефалографии неинвазивным методом без использования дополнительной электропроводящей контактной среды путем обеспечения плотного контакта электропроводящего токосъемника с кожей головы человека с контролем правильности установки электрода и передачей сигнала на операционный усилитель для усиления сигнала до передачи его по проводам к внешним устройствам.The technical result achieved by the given set of essential features is to improve the quality of the signal of electrical brain activity during electroencephalography by a non-invasive method without using an additional electroconductive contact medium by ensuring tight contact of the electroconductive current collector with the skin of a person’s head with the correct installation of the electrode and transmitting the signal to an operational amplifier to enhance signal before transferring it by wire to external devices properties.

Выполнение электропроводящего токосъемника с внешними выступами позволяет улучшить качество контакта выступов с кожей головы за счет возможности размещения волос человека между этими выступами, что обеспечивает плотное прилегание контакта электропроводящего токосъемника к коже головы человека, и, следовательно, повышает качество сигнала электрической мозговой активности.The implementation of the electrically conductive current collector with external protrusions allows to improve the quality of the contact of the protrusions with the scalp due to the possibility of placing human hair between these protrusions, which ensures a snug fit of the contact of the electrically conductive current collector to the skin of the human head, and, therefore, improves the signal quality of electrical brain activity.

Выполнение электропроводящего токосъемника съемным позволяет соблюсти чистоту его внешних выступов при любой интенсивности исследований, что влияет на качество его контакта с кожей головы и повышает качество приема сигнала.The implementation of the electrically conductive current collector removable allows you to maintain the purity of its external protrusions at any intensity of research, which affects the quality of its contact with the scalp and improves the quality of signal reception.

Снабжение устройства электронным блоком, куда снятый сигнал передается через контактный разъем и его ответную часть, вмонтированную в электронный модуль, в чистом виде без искажений и помех по причине отсутствия проводов, с целью его усиления в самом электроде посредством операционного усилителя электронного блока до передачи сигнала по проводам, обеспечивает повышение устойчивости сигнала к внешним помехам при последующей передаче его на внешнее электронное устройство для дальнейшей обработки.Supply the device with an electronic unit, where the captured signal is transmitted through the contact connector and its counterpart, mounted in the electronic module, in its pure form without distortion and interference due to the absence of wires, in order to amplify it in the electrode itself through the operational amplifier of the electronic unit before transmitting the signal via wires, provides increased signal stability to external noise during subsequent transmission to an external electronic device for further processing.

Снабжение электронного блока аналоговым ключом, выполненным с обеспечением возможности приема внешнего сигнала управления, позволяет контролировать правильность установки электрода для достижения плотного контакта электропроводящего токосъемника с кожей головы человека.The supply of the electronic unit with an analog key made with the possibility of receiving an external control signal allows you to control the correct installation of the electrode to achieve tight contact of the electrically conductive current collector with the skin of a person’s head.

Все приведенные в независимом пункте формулы полезной модели признаки являются существенными, поскольку в совокупности влияют на один технический результат - повышение качества сигнала электрической мозговой активности при проведении электроэнцефалографии неинвазивным методом без использования дополнительной электропроводящей контактной среды.All the attributes given in the independent claim of the utility model formula are significant, since in the aggregate they affect one technical result - improving the quality of the signal of electric brain activity during electroencephalography by a non-invasive method without using an additional electrically conductive contact medium.

Сущность заявленного устройства поясняется чертежами, не охватывающими и, тем более, не ограничивающими объем притязаний по данному решению, а лишь являющимися иллюстрирующими материалами частного случая выполнения устройства, гдеThe essence of the claimed device is illustrated by drawings, not covering and, moreover, not limiting the scope of claims for this decision, but only being illustrative materials of a particular case of the device, where

на фиг. 1 изображен сухой активный электрод, продольный разрез;in FIG. 1 shows a dry active electrode, a longitudinal section;

на фиг. 2 изображен сухой активный электрод с амортизирующей вставкой, продольный разрез;in FIG. 2 shows a dry active electrode with a shock absorbing insert, a longitudinal section;

на фиг. 3 изображен электронный блок, принципиальная электрическаяin FIG. 3 shows the electronic unit, the principal electrical

схема;scheme;

на фиг. 4 изображен электронный блок с микроконтроллером, принципиальная электрическая схема.in FIG. 4 shows an electronic unit with a microcontroller, a circuit diagram.

Сухой активный электрод нейрокомпьютерного интерфейса для съема электрических биопотенциалов мозга включает электропроводящий токосъемник 1, который имеет внешние выступы 2 и контактный разъем 3. Контактный разъем 3 выполнен с обеспечением возможности его механического размещения в ответной части 4 контактного разъема 3. Контактный разъем 3 и его ответная часть выполнены с фиксацией от случайного выпадения, например в виде соединения «кнопка для одежды». Электрод содержит корпус 5 и электронный модуль 6. Электронный модуль 6 размещен в корпусе 5. Ответная часть 4 контактного разъема 3 вмонтирована в электронный модуль 6. Электронный модуль 6 включает защитный резистор 7, соединенный с операционным усилителем 8 и аналоговым ключом 9. Аналоговый ключ 9 выполнен с обеспечением возможности приема внешнего сигнала управления.The dry active electrode of the neurocomputer interface for removing electrical brain biopotentials includes an electrically conductive current collector 1, which has external protrusions 2 and a contact connector 3. Contact connector 3 is made so that it can be mechanically placed in the mate 4 of connector 3. Contact 3 and its mate made with fixation against accidental loss, for example in the form of a “button for clothes” connection. The electrode contains a housing 5 and an electronic module 6. An electronic module 6 is housed in the housing 5. The counterpart 4 of the connector 3 is mounted on the electronic module 6. The electronic module 6 includes a protective resistor 7 connected to an operational amplifier 8 and an analog key 9. Analog key 9 configured to receive an external control signal.

Между электропроводящим токосъемником 1 и остальной схемой расположен защитный резистор 7 номиналом 33 кОм или более. Его величина определяется требованиями электробезопасности (тип BF по ГОСТ Р 50267.0-92) -утечка не более 100 мкА при отказе. Операционный усилитель 8 включен по схеме неинвертирующего усилителя с коэффициентом усиления +1. Его задача передать сигнал от места контакта сухого электрода по кабелю на внешнее устройство (например, электроэнцефалограф).Between the electrically conductive current collector 1 and the rest of the circuit there is a protective resistor 7 with a nominal value of 33 kOhm or more. Its value is determined by the requirements of electrical safety (type BF according to GOST R 50267.0-92) - leakage of not more than 100 μA in case of failure. The operational amplifier 8 is included in the non-inverting amplifier circuit with a gain of +1. Its task is to transmit a signal from the point of contact of the dry electrode via a cable to an external device (for example, an electroencephalograph).

С целью дополнительного обеспечения плотного прилегания контакта электропроводящего токосъемника 1 к коже головы человека электронный модуль 6 может быть подпружинен относительно корпуса, например, посредством амортизирующей вставки 10 (демпфера), выполненной из мягкого эластичного материала и установленной между электронным модулем 6 и стенкой корпуса 5. При таком выполнении электронного модуля 6 гарантирован равномерный прижим электропроводящего токосъемника 1 к коже человека при расположении электрода в разных позициях на голове. Выполнение электронного модуля 6 подпружиненным относительно корпуса 5 обеспечивает перемещение электронного модуля 6 с вставленным в него электропроводящим токосъемником 1 до 2-3 мм внутри корпуса 5, что способствует уменьшению жесткости контакта электрода с поверхностью головы и может обеспечить небольшой наклон сменной части электрода к поверхности головы относительно корпуса 5.In order to further ensure a tight fit of the contact of the electrically conductive current collector 1 to the skin of a person’s head, the electronic module 6 can be spring-loaded relative to the housing, for example, by means of a shock-absorbing insert 10 (damper) made of soft elastic material and installed between the electronic module 6 and the wall of the housing 5. When In this embodiment, the electronic module 6 is guaranteed uniform clamping of the electrically conductive current collector 1 to the human skin when the electrode is in different positions on the head. The implementation of the electronic module 6 spring-loaded relative to the housing 5 allows the movement of the electronic module 6 with the inserted conductive current collector 1 to 2-3 mm inside the housing 5, which helps to reduce the stiffness of the contact of the electrode with the surface of the head and can provide a slight inclination of the replaceable part of the electrode to the surface of the head relative to housing 5.

В предпочтительном варианте выполнения устройства электронный модуль 6 выполнен в виде печатной платы.In a preferred embodiment of the device, the electronic module 6 is made in the form of a printed circuit board.

Электропроводящий токосъемник 1 может быть выполнен в виде диэлектрика с нанесенным на его поверхность покрытием серебро/хлорид серебра (Ag/AgCl) или электропроводящего материала. При любом выполнении обеспечивается электрическая передача сигнала от электропроводящего токосъемника 1 контактному разъему 3.The electrically conductive current collector 1 can be made in the form of a dielectric coated with silver / silver chloride (Ag / AgCl) or an electrically conductive material. In any case, electrical transmission of the signal from the electrically conductive current collector 1 to the connector 3 is provided.

Электронный модуль 6 соединен с отводящими проводами (на чертежах условно не показано), по которым подается напряжение питания, передается выходной аналоговый сигнал на внешнее устройство и поступает внешний сигнал управления электродом. Отводящие провода припаиваются к электронному блоку 6 и выводятся через отверстие в корпусе 5.The electronic module 6 is connected to the lead wires (not shown conventionally in the drawings), through which a supply voltage is applied, an analog output signal is transmitted to an external device, and an external electrode control signal is received. Lead wires are soldered to the electronic unit 6 and output through the hole in the housing 5.

В корпусе 5 выполнен кольцевой выступ 11 для обеспечения возможности его закрепления на держателе электродов. В виде держателя электродов чаще всего используют эластичную шапочку с установочными гнездами, выполненными в зонах, соответствующих стандартной системе отведений.An annular protrusion 11 is made in the housing 5 to enable its fastening on the electrode holder. In the form of an electrode holder, an elastic cap with mounting sockets made in areas corresponding to the standard lead system is most often used.

В нижней части корпуса 5 могут быть выполнены углубления 12, позволяющие пользователю удобнее ухватить электропроводящий токосъемник 1 для его извлечения из ответной части 4 контактного разъема 3 при возникновении необходимости его замены.In the lower part of the housing 5, recesses 12 can be made, allowing the user to more conveniently grasp the electrically conductive current collector 1 for removing it from the mate 4 of the connector 3 when it becomes necessary to replace it.

Для обеспечения ремонтопригодности устройства корпус 5 может быть выполнен разъемным.To ensure maintainability of the device, the housing 5 can be made detachable.

Для обеспечения возможности цифрового управления устройством электронный модуль может быть снабжен микроконтроллером 13. Для обеспечения компенсации собственной входной емкости электрода, к микроконтроллеру 13 может подключаться цифровой потенциометр 14, который в свою очередь соединен с выходом операционного усилителя 8 и с конденсатором 15 цепи компенсации. При обладании кабелем определенной емкостью (обычно до несколько десятков пФ на метр), в этом случае в обратной связи операционного усилителя 8 применена схема компенсации емкостной нагрузки. Поддержка измерения импеданса реализована с помощью аналогового ключа 9, управляемого встроенным микроконтроллером 13.To enable digital control of the device, the electronic module can be equipped with a microcontroller 13. To compensate for the intrinsic input capacitance of the electrode, a digital potentiometer 14 can be connected to the microcontroller 13, which in turn is connected to the output of the operational amplifier 8 and to the capacitor 15 of the compensation circuit. When the cable possesses a certain capacitance (usually up to several tens of pF per meter), in this case, a capacitive load compensation circuit is used in the feedback of the operational amplifier 8. Impedance measurement support is implemented using an analog switch 9 controlled by an integrated microcontroller 13.

Сухой активный электрод для нейрокомпьютерного интерфейса используется следующим образом.A dry active electrode for a neurocomputer interface is used as follows.

Электроды устанавливают на коже головы человека в зонах стандартных отведений и фиксируют при помощи специального держателя электродов. При этом, в результате небольших круговых движений, совершаемых при помощи электрода, большая масса волос размещается между внешними выступами 2, давая возможность внешним выступам 2 плотно контактировать с кожей головы. В виде держателя электродов чаще всего используют эластичную шапочку с установочными гнездами, выполненными в зонах, соответствующих стандартной системе отведений. С помощью отводящих проводов электрод подключают к внешнему устройству. При сборке провода припаиваются к электронному модулю 6, который укладывается в корпус 5, а провода выводятся через отверстие в корпусе 5. В исходном положении аналоговый ключ 9 разомкнут.The electrodes are mounted on the skin of a person’s head in areas of standard leads and fixed using a special electrode holder. At the same time, as a result of small circular motions made with the electrode, a large mass of hair is placed between the external protrusions 2, allowing the external protrusions 2 to come into close contact with the scalp. In the form of an electrode holder, an elastic cap with mounting sockets made in areas corresponding to the standard lead system is most often used. Using the lead wires, the electrode is connected to an external device. When assembling the wires are soldered to the electronic module 6, which fits into the housing 5, and the wires are output through the hole in the housing 5. In the initial position, the analog switch 9 is open.

Напряжение питания электрода подается с внешнего устройства на электронный модуль 6 по двум проводам (питание и земля). Далее происходит оценка правильности установки электрода, которая происходит следующим образом. Аналоговый ключ 9 замыкает входной сигнал с электропроводящего токосъемника 1 на землю для обеспечения пути возврата тока. Через индифферентный электрод (отличается от основных рабочих электродов - он просто провод к токосъемнику) через токоизмерительное сопротивление (внутри внешнего устройства) подается небольшое переменное напряжение (до 3 В, 10-30 Гц). Получается делитель напряжения, в котором не известен импеданс контакта электрод-кожа. Остальные величины известны - напряжение на контакте и подаваемый ток. Из них рассчитывают импеданс (R=U/I) контакта. Если импеданс (сопротивление) слишком большой (более 100 кОм), то электрод имеет плохой контакт и его нужно переустановить на голове. После проверки, что все электроды имеют импеданс меньше заданного, внешнее устройство выключает ключ внутри электрода и переходит в режим регистрации.The voltage of the electrode is supplied from an external device to the electronic module 6 via two wires (power and ground). Next, an assessment of the correct installation of the electrode, which occurs as follows. An analog switch 9 closes the input signal from the conductive current collector 1 to ground to provide a current return path. A small alternating voltage (up to 3 V, 10-30 Hz) is supplied through an indifferent electrode (different from the main working electrodes - it is just a wire to the current collector) through a current-measuring resistance (inside an external device). The result is a voltage divider in which the impedance of the electrode-skin contact is not known. The remaining values are known - the voltage at the contact and the supplied current. The impedance (R = U / I) of the contact is calculated from them. If the impedance (resistance) is too large (more than 100 kOhm), then the electrode has poor contact and needs to be reinstalled on the head. After checking that all the electrodes have an impedance less than the specified value, the external device turns off the key inside the electrode and enters the registration mode.

Далее начинается этап исследования, заключающийся в съеме и передаче сигнала на внешнее устройство. Сигнал через кожу головы поступает на внешние выступы 2 электропроводящего токосъемника 3, потом по контактному разъему 3 через ответную его часть 4 поступает в электронный модуль 6, а именно на вход защитного резистора 7. По умолчанию аналоговый ключ 9 разомкнут и сигнал поступает на вход операционного усилителя 8. По команде извне аналоговый ключ 9 замыкает защитный резистор 7 на землю, так создается путь возврата для измерительного тока. Усиленный аналоговый сигнал передается по проводу на внешнее устройство для прохождения дальнейшей обработки.Next, the research phase begins, consisting in the removal and transmission of the signal to an external device. The signal through the scalp enters the external protrusions 2 of the electrically conductive current collector 3, then through the connector 3 through the response part 4 it enters the electronic module 6, namely, the input of the protective resistor 7. By default, the analog switch 9 is open and the signal is fed to the input of the operational amplifier 8. At the command from the outside, the analog switch 9 closes the protective resistor 7 to the ground, thus creating a return path for the measuring current. The amplified analog signal is transmitted through a wire to an external device for further processing.

При работе устройства со встроенным в электронный модуль 6 микроконтроллером 13 и соединенным с ним цифровым потенциометром 14, который в свою очередь соединен с выходом операционного усилителя 8 и с конденсатором 15 цепи компенсации в исходном положении микроконтроллер 13 находится в режиме ожидания с выключенным тактовым сигналом и не оказывает влияние по питанию на аналоговые цепи. Перед подачей команды на микроконтроллер 13 цифровая линия управления переводится извне в состояние логической «1», чтобы микроконтроллер 13 мог выйти из режима ожидания. Затем он готов принимать команды по двунаправленной полудуплексной цифровой линии управления. Компенсация входной емкости контакта электрод-кожа происходит благодаря конденсатору 15 цепи компенсации и предназначена для режима регистрации с очень большим сопротивлением контакта. Емкость контакта может достигать 100 пФ и иметь достаточно большой разброс (в несколько раз), что приводит к различию в амплитудах сетевой наводки 50 Гц на разные электроды. После компенсации входная емкость на электроде нормализуется и различие в амплитудах минимизируется. В качестве потенциометра используется цифровой потенциометр 100 кОм на 128 положений, управляемый от микроконтроллера 13. По умолчанию аналоговый ключ 9 разомкнут и сигнал с электропроводящего токосъемника 1 поступает на вход операционного усилителя 8. По команде извне ключ замыкает защитный резистор на землю, так создается путь возврата для измерительного тока. Таким способом выполнена поддержка измерения импеданса контакта с кожей.When the device is operating with a microcontroller 13 built into the electronic module 6 and connected to it with a digital potentiometer 14, which in turn is connected to the output of the operational amplifier 8 and to the compensation capacitor 15 in the initial position, the microcontroller 13 is in standby mode with the clock signal turned off and not has power effects on analog circuits. Before issuing a command to the microcontroller 13, the digital control line is transferred from the outside to the logical “1” state so that the microcontroller 13 can exit the standby mode. He is then ready to receive commands on a bi-directional half-duplex digital control line. The compensation of the input capacitance of the electrode-skin contact occurs due to the capacitor 15 of the compensation circuit and is intended for the registration mode with a very large contact resistance. The contact capacitance can reach 100 pF and have a sufficiently large spread (several times), which leads to a difference in the amplitudes of the network pick-up of 50 Hz for different electrodes. After compensation, the input capacitance at the electrode is normalized and the difference in amplitudes is minimized. As a potentiometer, a digital potentiometer of 100 kOhm for 128 positions is used, controlled from the microcontroller 13. By default, the analog switch 9 is open and the signal from the electrically conductive current collector 1 is fed to the input of the operational amplifier 8. Upon a command from the outside, the key closes the protective resistor to ground, thus creating a return path for measuring current. In this way, support for measuring skin contact impedance is supported.

Применение заявленного устройства позволяет получить более достоверную информацию результатов анализа ЭЭГ при проведении электроэнцефалографии неинвазивным методом без использования дополнительной электропроводящей контактной среды, поскольку обеспечивает передачу качественного сигнала, а, следовательно, повышает качество его регистрации.The use of the claimed device allows to obtain more reliable information on the results of EEG analysis during electroencephalography by a non-invasive method without using an additional electrically conductive contact medium, since it ensures the transmission of a high-quality signal and, therefore, improves the quality of its registration.

Claims (10)

1. Сухой активный электрод для нейрокомпьютерного интерфейса, включающий электропроводящий токосъемник, имеющий внешние выступы и контактный разъем, выполненный с обеспечением возможности механического размещения в ответной части контактного разъема, отличающийся тем, что электрод содержит корпус и электронный модуль, при этом ответная часть контактного разъема вмонтирована в электронный модуль, размещенный в корпусе и включающий защитный резистор, соединенный с операционным усилителем и аналоговым ключом, выполненным с обеспечением возможности приема внешнего сигнала управления.1. A dry active electrode for a neurocomputer interface, comprising an electrically conductive current collector having external protrusions and a contact connector, configured to mechanically be placed in the mating part of the contact connector, characterized in that the electrode contains a housing and an electronic module, while the mating part of the contact connector is mounted into an electronic module located in the housing and including a protective resistor connected to an operational amplifier and an analog switch made with m possibility of receiving an external control signal. 2. Электрод по п. 1, отличающийся тем, что электронный модуль подпружинен относительно корпуса.2. The electrode according to claim 1, characterized in that the electronic module is spring loaded relative to the housing. 3. Электрод по п. 2, отличающийся тем, что электронный модуль подпружинен относительно корпуса посредством амортизирующей вставки, выполненной из мягкого эластичного материала и установленной между электронным модулем и стенкой корпуса.3. The electrode according to claim 2, characterized in that the electronic module is spring-loaded relative to the housing by means of a shock absorbing insert made of soft elastic material and installed between the electronic module and the wall of the housing. 4. Электрод по п. 1, отличающийся тем, что электропроводящий токосъемник выполнен в виде диэлектрика с нанесенным на его поверхность покрытием серебро/хлорид серебра.4. The electrode according to claim 1, characterized in that the electrically conductive current collector is made in the form of a dielectric coated with silver / silver chloride coating on its surface. 5. Электрод по п. 1, отличающийся тем, что электропроводящий токосъемник выполнен из электропроводящего материала.5. The electrode according to claim 1, characterized in that the electrically conductive current collector is made of electrically conductive material. 6. Электрод по п. 1, отличающийся тем, что электронный модуль снабжен отводящими проводами.6. The electrode according to claim 1, characterized in that the electronic module is equipped with outlet wires. 7. Электрод по п. 1, отличающийся тем, что в корпусе выполнен кольцевой выступ для обеспечения возможности его закрепления в установочном гнезде держателя электродов.7. The electrode according to claim 1, characterized in that an annular protrusion is made in the housing to enable its fastening in the mounting socket of the electrode holder. 8. Электрод по п. 1, отличающийся тем, что в нижней части корпуса выполнены углубления для обеспечения возможности извлечения электропроводящего токосъемника из ответной части контактного разъема.8. The electrode according to claim 1, characterized in that the recesses are made in the lower part of the housing to enable the extraction of the electrically conductive current collector from the mating part of the contact connector. 9. Электрод по п. 1, отличающийся тем, что корпус выполнен разъемным.9. The electrode according to claim 1, characterized in that the housing is detachable. 10. Электрод по п. 1, отличающийся тем, что электронный модуль выполнен в виде печатной платы и дополнительно снабжен микроконтроллером и соединенным с ним цифровым потенциометром, который в свою очередь соединен с выходом операционного усилителя и с конденсатором цепи компенсации.10. The electrode according to claim 1, characterized in that the electronic module is made in the form of a printed circuit board and is additionally equipped with a microcontroller and a digital potentiometer connected to it, which in turn is connected to the output of the operational amplifier and to the capacitor of the compensation circuit.
RU2018108624U 2018-03-12 2018-03-12 Dry active electrode for neurocomputer interface RU182738U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018108624U RU182738U1 (en) 2018-03-12 2018-03-12 Dry active electrode for neurocomputer interface

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018108624U RU182738U1 (en) 2018-03-12 2018-03-12 Dry active electrode for neurocomputer interface

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU182738U1 true RU182738U1 (en) 2018-08-29

Family

ID=63467496

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018108624U RU182738U1 (en) 2018-03-12 2018-03-12 Dry active electrode for neurocomputer interface

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU182738U1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021118388A1 (en) * 2019-12-10 2021-06-17 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" Object handling system
RU222921U1 (en) * 2023-09-29 2024-01-23 Общество С Ограниченной Ответственностью "Нейри" EEG ANALYSIS MODULE BUILT INTO STEREO HEADSET

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4967038A (en) * 1986-12-16 1990-10-30 Sam Techology Inc. Dry electrode brain wave recording system
KR20050072965A (en) * 2004-01-08 2005-07-13 림스테크널러지주식회사 Active dry sensor module for measurement of bioelectricity
JP2010264174A (en) * 2009-05-18 2010-11-25 Hitachi Cable Ltd Surface myoelectric potential sensor
RU2479252C2 (en) * 2007-06-22 2013-04-20 Си Эм Ти И ДИВЕЛОПМЕНТ ЛИМИТЕД Method and apparatus for scalp electric potential measurement
US9339642B1 (en) * 2013-03-13 2016-05-17 Soterix Medical, Inc. System and method for conducting multi-electrode electrical stimulation
EP3066981A1 (en) * 2013-11-04 2016-09-14 Universidad de Sevilla Intelligent bioimpedance sensor for biomedical applications
US9861746B2 (en) * 2012-06-08 2018-01-09 Medtronic Minimed, Inc. Application of electrochemical impedance spectroscopy in sensor systems, devices, and related methods

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4967038A (en) * 1986-12-16 1990-10-30 Sam Techology Inc. Dry electrode brain wave recording system
KR20050072965A (en) * 2004-01-08 2005-07-13 림스테크널러지주식회사 Active dry sensor module for measurement of bioelectricity
RU2479252C2 (en) * 2007-06-22 2013-04-20 Си Эм Ти И ДИВЕЛОПМЕНТ ЛИМИТЕД Method and apparatus for scalp electric potential measurement
JP2010264174A (en) * 2009-05-18 2010-11-25 Hitachi Cable Ltd Surface myoelectric potential sensor
US9861746B2 (en) * 2012-06-08 2018-01-09 Medtronic Minimed, Inc. Application of electrochemical impedance spectroscopy in sensor systems, devices, and related methods
US9339642B1 (en) * 2013-03-13 2016-05-17 Soterix Medical, Inc. System and method for conducting multi-electrode electrical stimulation
EP3066981A1 (en) * 2013-11-04 2016-09-14 Universidad de Sevilla Intelligent bioimpedance sensor for biomedical applications

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021118388A1 (en) * 2019-12-10 2021-06-17 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" Object handling system
RU222921U1 (en) * 2023-09-29 2024-01-23 Общество С Ограниченной Ответственностью "Нейри" EEG ANALYSIS MODULE BUILT INTO STEREO HEADSET

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Usakli Improvement of EEG signal acquisition: An electrical aspect for state of the art of front end
US20240115851A1 (en) Neurostimulation or electromyography cuff
Sullivan et al. A brain-machine interface using dry-contact, low-noise EEG sensors
US8989835B2 (en) Systems and methods to gather and analyze electroencephalographic data
US20170027517A9 (en) Wearable System for Detecting and Measuring Biosignals
US20050261559A1 (en) Wireless physiological monitoring system
WO2006132958A2 (en) Neurophysiological wireless bio-sensor
EP2698099B1 (en) Systems and methods to gather and analyze electroencephalographic data
CN110996768A (en) Measuring electrical activity
Guermandi et al. A wearable device for minimally-invasive behind-the-ear eeg and evoked potentials
CN109124628A (en) A kind of myoelectricity acquisition device based on flexible active electrode
RU182738U1 (en) Dry active electrode for neurocomputer interface
Debbarma et al. A lightweight flexible wireless electrooculogram monitoring system with printed gold electrodes
Mora et al. A BCI platform supporting AAL applications
Lovelace et al. Modular, bluetooth enabled, wireless electroencephalograph (EEG) platform
Mihajlović et al. Noninvasive wearable brain sensing
KR102171566B1 (en) Method, apparatus and computer program for measuring biological signals
Debbarma et al. A wireless flexible electrooculogram monitoring system with printed electrodes
Goto et al. Development of Hands‐Free Remote Operation System for a Mobile Robot Using EOG and EMG
CA3120321A1 (en) Contactless electrode for sensing physiological electrical activity
Hazrati et al. Wireless brain signal recordings based on capacitive electrodes
CN113730800A (en) Electrode cap integrating current stimulation and electroencephalogram acquisition
Chakraborty et al. Development of a wireless wearable electrooculogram recorder for IoT based applications
Kappel Development and characterization of ear-EEG for real-life brain-monitoring
Rakhmatulin ironbci. Open source. Brain-computer interface with the embedded board to monitor the physiological subject's condition and environmental parameters

Legal Events

Date Code Title Description
PC91 Official registration of the transfer of exclusive right (utility model)

Effective date: 20200127