TW201243637A - Control system using voice-induced electroencephalogram in medical care and control method thereof - Google Patents
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201243637 六、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 [〇〇〇1] 本發明係關於一種利用聲音誘發腦波於醫療照護之 控制系統及其控制方法’尤指一種掘取使用者被聲音訊 號所誘發的腦波訊號,經由分析處理輸出一控制訊號驅 動受控裝置產生動作的腦波控制系統° 【先前技術1 [0002] 按,隨著工程技術與醫學科技的進步,醫院及看護 中心的醫療設備與看護設備越趨完善’進而也使患者可 得到更妥善的照護。 [0003] 然,對於如中樞神經受損、肢體障礙或發育不全、 重症肌無力或全身癱瘓之患者而言,其雖然意識清楚, 卻無法自由活動’甚至失去言語等基本溝通能力,在口 不能δ、起不能行的情況下’這些患者即便想傳達自主 意念卻苦無管道,而旁人也無法猜測患者之需求,僅能 仰賴親屬或看護人員長期照料,這對於患者及照·護的人 員都是一大精神負擔。 [0004] [0005] 木職波信號擷取科技的發展,世界 上有越來越多的研究團隊投a腦波人機界面的研究,希 望透過操取與純職㈣,讓㈣者㈣賴波直接 表達自主意識,並期許能達到腦波意念控制的目標。 而對於如別述之重症患者,按中華民國公開號第 200945089號「視覺誘發腦攻控制裝置之看護系統」提 供了種解決方案’其係利用使用者注視一光學閃燦產 f 波訊號 A0101 第3頁/共18頁
101202102G 201243637 ,量測該使用者注視該等光學顯示區域所誘發之腦波訊 號,再藉由一可程式化晶片辨識該腦波訊號與該光學閃 爍產生裝置之相關性,以得知並控制該使用者自該等光 學顯示區域所選定之選項;據上所述,此案雖然具有提 高使用者自主性的優點,但是,使用者(患者)必須專心 注視光學閃光刺激才能得到較高的準確率,這對於年邁 、視力不佳或病體虛弱的患者而言,反而容易造成疲累 與不適,甚者,有些重症患者或視障病患,眼睛均無法 正常發揮功能,更無法藉此解決問題。 [0006] [0007] [0008] 有鑑於此,本發明人鑒於前述缺點,乃依其從事心 理測驗、腦神經科學及資訊工程之技術,在不斷的研究 、實驗與改進後,開發設計出本發明。 【發明内容】 本發明之主要目的,係以聲音誘發使用者之腦波訊 號,透過擷取和分析產生一控制訊號,驅動受控裝置進 行動作,以達到提升使用者自主性之主要目的。 為達到前述發明目的,本發明所運用之技術手段為 提供一種利用聲音誘發腦波於醫療照護之控制系統及其 控制方法,該控制系統包括一聲音輸出裝置、一腦波處 理模組及一受控裝置,該聲音輸出裝置係用以發送聲音 訊號給予使用者,該腦波處理模組包含一腦波擷取單元 、一腦波訊號處理裝置及一控制單元,透過該腦波擷取 單元擷取使用者被聲音訊號所誘發的腦波訊號,該腦波 訊號處理裝置係接收該腦波訊號進行數位處理形成數位 訊號,再將其傳送至控制單元,該控制單元將所述數位 謝腦^單編號A_ 1012021020-0 第4頁/共18頁 201243637 訊號進行分析與計算後,產生一控制訊號,該受控裝置 係接收控制單元輸出的控制訊號並進行動作。 [0009] 該控制方法包括下列步驟:一聲音輸出裝置輸出聲 音訊號給予使用者;一腦波擷取單元擷取使用者腦波訊 號;一腦波訊號處理裝置之訊號處理器接收來自腦波擷 取單元所擷取腦波的類比訊號,並將該類比訊號進行訊 號放大、去除雜訊干擾與濾波處理後,由類比訊號轉換 成數位訊號;一設有計算處理器之控制單元,其用以接 收該數位訊號,將該數位訊號進行分析與計算後,判斷 使用者專注的選項,並輸出一控制訊號至對應之受控裝 置;該受控裝置接收控制單元輸出的控制訊號並進行動 作。 [0010] 綜上所述,本發明的優點在於,透過聲音直接的傳 導,使視障之患者能以聽的方式接收並誘發腦波訊號, 進而將其轉換為控制訊號,驅動受控裝置,藉此讓患者 有表達自我意識以及與外界進行溝通的機會,達到提升 使用者自主性的目的。 【實施方式】 [0011] 請參閱第1圖所示,本發明提供一種利用聲音誘發腦 波於醫療照護之控制系統,該控制系統1包括一聲音輸出 裝置2、一腦波處理模組3及至少一受控裝置4,其中: [0012] 該聲音輸出裝置2,其可為喇<、耳機或具有喇叭之 電子產品,以本實施例而言,係以喇叭作為輸出裝置, 其用以輸出聲音訊號21給予使用者。 麗麗#單編號A0101 第5頁/共18頁 1012021020-0 201243637 [0013] 該腦波處理模組3包含一腦波擷取單元31、一腦波訊 號處理裝置32及一控制單元33,該腦波擷取單元31為擷 取使用者腦波訊號5的裝置,其可為由銀與銀化合物電鍍 製作而成的數腦波電極貼片311(如第1圖所示)或腦波收 集帽(圖未示出);該腦波訊號處理裝置32至少包括一訊 號處理器321及一聲音儲存單元322,該訊號處理器321 係與腦波擷取單元31連結,其接收來自腦波擷取單元31 所擷取腦波的類比訊號51,並將該類比訊號51進行訊號 放大、去除雜訊干擾與濾波處理後,由類比訊號51轉換 成數位訊號52,該聲音儲存單元322為一儲存聲音資料之 資料庫,該聲音資料具有驅動受控裝置4之選擇式,其包 含啟/閉、升/降、強/弱等二擇一選項其中之一或其組合 ,該聲音儲存單元322係與該聲音輸出裝置2連結,用以 將所述選擇式之聲音資料以聲音訊號21輸出;該控制單 元33設有計算處理器,其可設置為一整合晶片,該控制 單元33用以接收數位訊號52,將該數位訊號52進行分析 與計算後,判斷使用者想要執行的選項,並輸出一控制 訊號53至對應之受控裝置4。 [0014] 該受控裝置4為一電子設備,其可包含擺設於醫院病 房或看護中心房間内之醫療設備與看護設備其中之一或 其組合,該受控裝置4係接收控制單元33輸出的控制訊號 53並進行動作,藉此達到提升使用者自主性之主要目的 〇 [0015] 請參閱第2圖所示,本發明之控制方法,其包括以下 步驟: 10111242^^ A〇101 第6頁/共18頁 1012021020-0 201243637 [0016] S1. —聲音輸出裝置輸出聲音訊號給予使用者。 [0017] S2. —腦波擷取單元擷取使用者腦波訊號。 [0018] S3, —腦波訊號處理裝置之訊號處理器接收來自腦波 擷取單元所擷取腦波的類比訊號,並將該類比訊號進行 訊號放大、去除雜訊干擾與濾波處理後,由類比訊號51 轉換成數位訊號。 [0019] S4. —設有計算處理器之控制單元,其用以接收該數 位訊號,將該數位訊號進行分析與計算後,判斷使用者 專注的選項,並輸出一控制訊號至對應之受控裝置。 [0020] S5.該受控裝置接收控制單元輸出的控制訊號並進行 動作。 [0021] 請一併參閱第3及第4圖所示,係本創作之較佳實施 例,該聲音輸出裝置2為耳機2a,該耳機2a是用以輸出聲 音訊號21a給予使用者,進一步來說,該聲音訊號21a包 括刺激訊號211a及非刺激訊號212a,該刺激訊號211a及 ^ 非刺激訊號212a具有一般人可明顯區別的差異性,例如 該刺激訊號211a為聲響”叭”之單音,該非刺激訊號 212a為音樂;執行步驟S1時,是透過該耳機2a之左、右 聲道於同時間分別輸出刺激訊號21 la及非刺激訊號212a 給予使用者,讓使用者左、右耳同時間分別聽到不同的 聲音,隨後再交換此兩訊號於左、右聲道輸出,當使用 者專注力集中於左耳的聲音時,則左耳聽到刺激訊號 211a所產生之腦波訊號5,會比右耳聽到刺激訊號211a 有較明顯的腦波震幅,有利於控制單元33進行比較與判 10111242^^ A0101 第7頁/共18頁 1012021020-0 201243637
藉由同時間分別輸出刺激訊號2i i a及非刺激訊號 212a至使用者左耳及右耳,再交換輸出至右耳及左耳形 成-個階段的運作方式(如第5圖所示),讓使用者可專注 左耳或右耳的刺激訊號2113,並以此進行不同的編碼, 如二進位碼的〇(左耳)與】(右耳),其分別代表使用者想 執行的不同選項,·當實施步驟5〗輸出聲音訊號21a時,若 使用者欲執行二進位碼〇所對應的選項,則使用者會專注 於代表0的左耳,該刺激訊號2UaW一連串隨機的時間差 (如1至3秒之間)間隔發送予使用者,此時右耳則播放非 刺激訊號212a,藉以令使用者持續的保持專注力,待刺 激、、束後,則父換左、右耳的聲音訊號21 a,左耳變更為 播放非刺激訊號212a,右耳則播放刺激訊號2Ua,但此 %使用者仍須專注代表〇的左耳聲音,進而會忽略右耳同 時所聽到的刺激訊號2Ua ;當此一階段左、右耳交替刺 激結束後,經由控制單元33進行分析比較,即可判斷使 用者相對專注於左耳,並產生編碼〇的訊號;同理,若使 用者專注的是右耳聽到的刺激訊號,則產生編碼丨的訊號 :每一階段運作時,使用者必須持續專注聆聽左耳或右 耳聲a,進而產生編碼〇或1,達到控制受控裝置或與外 界溝通之目的。 此外,透過多階段的運作方式,可適時的擴增二進 位碼的編碼組合,以對應欲執行選項的數量;以二位元 二進位為例’二階段的運作方式會有00、01、1〇、llra 種編碼組合,其可分別對應4種不同的控制選項;依此類 10111242^^^^ A0101 第 8 1 / 共 18 頁 1012021020-0 201243637 推,當組合為三位元二進位時,三階段運作則可對應8種 不同的控制選項,透過控制單元33判讀該編碼組合對應 的控制選項後,即輸出控制訊號53控制受控裝置4執行該 控制選項,讓使用者能達到與外界進行溝通及操控自主 性之目的。 [0024] 綜上,本發明所達之功效已卓越的達成,申請人爰 依法提呈申請。惟以上所述者,任何熟習此技藝者,在 不脫離本發明之精神和專利範圍内,所作各種之更動與 修改,皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍内。 【圖式簡單說明】 [0025] 第1圖:係本發明之運作流程示意圖。 [0026] 第2圖:係本發明之控制方法示意圖。 [0027] 第3圖:係本發明較佳實施例之運作流程示意圖。 [0028] 第4圖:係本發明較佳實施例之控制方法示意圖。 [0029] 第5圖:係本發明較佳實施例使用者專注於左耳之一個階 段運作流程示意圖。 【主要元件符號說明】 [0030] 1.控制系統 2.聲音輸出裝置 [0031] 2a.聲音輸出裝置 21.聲音訊號 [0032] 21a.聲音訊號 21 la.刺激訊號 [0033] 212a.非刺激訊號 3.腦波處理模組 [0034] 31.腦波擷取單元 311.電極貼片 題·#單編號Α0ΗΗ 1012021020-0 第9頁/共18頁 201243637 [0035] 32.腦波訊號處理裝置 [0036] 322.聲音儲存單元 [0037] 4.受控裝置 [0038] 51.類比訊號 [0039] 5 3.控制訊號 321.訊號處理器 33.控制單元 5.腦波訊號 52.數位訊號 10111242^^^^ A〇101 第10頁/共18頁 1012021020-0
Claims (1)
- 201243637 七、申請專利範圍: 1 . 一種利用聲音誘發腦波於醫療照護之控制系統,該控制系 、·充L括聲音輸出裝置、一腦波處理模組及至少一受控裝 置’其中: 忒聲音輪出裝置,其用以輪出聲音訊號給予使用者; 該腦波處理模組包含一腦波擷取單元、一腦波訊號處理裝 置及一控制單元,該腦波擷取單元為擷取使用者腦波訊號 的裝置,該腦波訊號處理裝置至少包括一訊號處理器及一 聲音儲存單元,該訊號處理器係與腦波擷取單元連結,其 接收來自腦波擷取單元所擷取腦波的類比訊號,並將該類 比訊號進行訊號放大、去除雜訊干擾與濾波處理後,由類 比訊號轉換成數位訊號;該聲音儲存單元為一儲存聲音資 料之資料庫,其與該聲音輸出裝置連結,用以將聲音資料 以聲音訊號輸出;該控制單元設有計算處理器,其用以接 收數位訊號,將該數位訊號進行分析與計算後,輸出一控 制訊號至對應之受控裝置; 〇 該受控裝置,其接收控制單元輸出的控制訊號並進行動作 0 2 .如申請專利範圍第1項所述之利用聲音誘發腦波於醫療照 護之控制系統,其中,該聲音輸出裝置為喇八、耳機或具 有喇"八之電子產品。 3 .如申請專利範圍第1或2項所述之利用聲音誘發腦波於醫療 照護之控制系統,其中,該聲音資料具有驅動受控裝置之 選擇式。 4 .如申請專利範圍第3項所述之利用聲音誘發腦波於醫療照 10111242卢單編號删1 第11貢 /共· 18頁 1012021020-0 201243637 i之控制系統’其中’該選擇式包含啟/閉 '升/降、強/ 弱之選項其中之一或其組合。 5 ·如申请專利範圍第^員所述之利用聲音誘發腦波於醫療照 護之控制系統,其中,該腦波操取單元為由銀與銀化合物 電錢製作而成的數腦波電極貼片或腦波收集帽。 6 ·如申明專利範圍第】項所述之利用聲音誘發腦波於醫療照 遵之控制系統,其中,該受控裝置為一電子設備,其包含 醫療設備與看護設備其中之一或其組合。 7 種利用聲音誘發腦波於醫療照護之控制方法,包含有下 列步驟: S1· —聲音輪出裝置輸出聲音訊號給予使用者; 52. —腦波擷取單元擷取使用者腦波訊號; 53. —腦波矾號處理裝置之訊號處理器接收來自腦波擷取 單疋所擷取腦波的類比訊號,並將該類比訊號進行訊號放 大、去除雜訊干擾與濾波處理後,由類比訊號轉換成數位 訊號; 54. —設有計算處理器之控制單元,其接收該數位訊號進 行分析與計算後,判斷使用者專注的選項,並輸出一控制 訊號至對應之受控裝置; S5·該受控裝置接收控制單元輸出的控制訊號並進行動作 .如申請專利範圍第7項所述之利用聲音誘發腦波於醫療照 護之控制方法,其中,該聲音輸出裝置為耳機,該聲音訊 號包括刺激訊號及非刺激訊號,該耳機之左、右聲道於同 時間分別輸出刺激訊號及非刺激訊號給予使用者,隨後再 使用者必須專注聆聽左 1012021020-0 交換此兩訊號於左、右聲道輸出 10111242#單編號A〇l〇1 第12頁/共18頁 201243637 耳或右耳聲音,進而產生編碼,達到控制受控裝置或與外 界溝通之目的。10111242^^^^ A〇101 第13頁/共18頁 1012021020-0
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