TW201424688A - 可攜式腦波偵測及音樂播放系統 - Google Patents

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Jun-Ru Zeng
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Chang-Mu Han
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Univ Chang Gung
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一種可攜式腦波偵測及音樂播放系統，包含有一腦波帽、一腦波訊號擷取裝置及一音樂控制及播放裝置，該腦波帽內部對應人腦電極點位置裝設數乾電極；該腦波訊號擷取裝置包括一控制盒、一控制開關及一訊號處理電路板，該訊號處理電路板及該控制開關和各該乾電極電連接；該音樂控制及播放裝置設有一音樂控制模組並內建一藍芽模組，其內部安裝一腦波訊號處理程式及一音樂判斷演算法程式，當使用者戴上該腦波帽，藉由選擇音樂播放與大腦腦波訊號變化的對應關係，擷取適當的音樂播放，可以穩定使用者情緒，達到音樂治療的功效。

Description

可攜式腦波偵測及音樂播放系統
本發明係應用於腦波偵測之技術領域，尤指其技術上提供一種可攜式腦波偵測及音樂播放系統，當使用者戴上該腦波帽，經由該音樂控制模組擷取音樂播放供使用者聆聽，再觀察使用者由於情緒反應所產生的大腦腦波訊號變化，藉由選擇音樂播放與大腦腦波訊號變化的對應關係，擷取適當的音樂播放，可以穩定使用者情緒，達到音樂治療的功效。
失智症(Dementia)是一種症候群。其症狀除了記憶力減退，還包含認知功能減退，例如語言能力、空間感、計算力、判斷力、抽象思考能力和注意力等各方面的功能退化，同時還可能伴隨著攻擊行為、個性改變、妄想或幻覺等症狀。失智症患者大多是顳葉(temporal lobe)、前額葉(frontal lobe)和頂葉(parietal lobe)的某功能區發生功能退化或是受損而造成認知障礙和記憶喪失。此外，大腦初級聽覺皮質與次級聽覺皮質都在顳葉，腦顳葉受損可能會造成情緒問題。目前，根據臨床醫學報告，失智症主要可分為三大類，分別為退化性失智症(primary degenerative dementia)、血管性失智症(vascular dementias)和其他原因引起之失智症，如腦瘤、腦炎、庫 賈氏病(Creutzfeldt-Jakob disease,CJD)和憂鬱症等。退化性失智症的代表症狀為阿茲海默症(Alzheimer’s disease)、路易氏體失智症(dementia with Lewy bodies)和帕金森氏症(Parkinson’s disease)為最常見之失智症類型，其臨床表現常出現記憶缺損、語言功能退化、視覺空間功能障礙、抽象思考障礙、認知障礙、動作遲緩、靜止性顫抖、僵硬、平衡失調和執行能力障礙。而血管性失智症則多為高血壓、糖尿病、心血管疾病、腦中風、腦血管病變所引起，典型臨床表現認知功能障礙、肢體無力、講話困難、吞嚥困難、大小便失禁、步態不穩、手腳僵硬、動作遲緩。這些症狀嚴重地影響著失智症病患的人際關係、工作能力和生活能力，使得家屬和照護者也接連深受影響。
目前針對失智症的治療方式分為藥物治療和非藥物治療，藥物治療無法辦法恢復已受損之大腦細胞使病人痊癒，只能儘可能使症狀獲得改善或緩和。因此，為達早期發現早期治療之效，目前也有相當多研究學者和協會提出各種診斷準則。例如，美國精神醫學會診斷準則為一種以上之認知功能障礙，包括語言能力、失用症(運動功能正常卻無法執行活動)、失認症(感覺功能正常卻無法認出物品)、執行能力(注意力、計畫組織、抽象思考等)。非藥物治療之方式有藝術治療、動物治療和音樂治療等。其中，音樂 治療已被許多研究驗證於認知障礙、行為恢復或記憶力改善等方面皆有正面療效。然而，非藥物治療需要大量的照護者與額外的專業治療師，面對未來失智症患者日益增加的趨勢將有人力資源不足之憂慮。
更重要的是，目前治療與診斷方式多為透過量表和問卷測試。醫師與治療師雖可透過腦部電腦斷層(CT)、核磁共振造影(FMRI)和單光子電腦斷層檢查(PET/SPECT)等量化生理數據並判斷失智症患者為腦中受損部位，以達更精確之診斷，進而研判該患者的症狀程度與給予相關療程。但是，CT、MRI與PET等高科技儀器造價昂貴、體積大和不適用於長期記錄等缺點，並不符合一般民眾與長期使用。另一方面，為了解決上述問題，部分學者改為使用腦電圖(electroencephalography，EEG)和腦機介面(brain-computer interface,BCI)。但目前的大部分醫用EEG系統依然需要大型的電源供應器、主機和線材，造成體積過大與無法攜帶等的問題。且一般EEG資料擷取方式為使用濕電極貼於頭皮，也造成量測與使用上的不便。
是以，針對上述習知所存在之問題點，如何開發一種更具理想實用性之創新產品，實為消費者所殷切企盼，亦係相關業者須努力研發突破之目標及方向。
有鑑於此，發明人本於多年從事相關產品之製造開發與設計經驗，針對上述之目標，詳加設計與審慎評估後， 終得一確具實用性之本發明。
非藥物治療需要大量的照護者與額外的專業治療師，面對未來失智症患者日益增加的趨勢將有人力資源不足之憂慮。另，習知醫用EEG系統需要大型的電源供應器、主機和線材，造成體積過大與無法攜帶等問題，且一般EEG資料擷取方式為使用濕電極貼於頭皮，造成量測與使用上的不便，實有加以改良的必要。
為改善上述之問題，本發明提供一種可攜式腦波偵測及音樂播放系統，包含有：一腦波帽，該腦波帽內部對應人腦電極點位置裝設數乾電極，其一側設一容置槽，該容置槽側面設一通孔；一腦波訊號擷取裝置，該腦波訊號擷取裝置包括一控制盒、一控制開關及一訊號處理電路板，該控制開關裝設於該控制盒側面，該訊號處理電路板裝設於該控制盒內部，該控制盒容設於該容置槽內，並使該控制開關穿套該通孔，該訊號處理電路板及該控制開關和各該乾電極電連接，該訊號處理電路板包括一訊號擷取模組、一濾波器、一訊號放大器、一類比數位轉換器及一無線藍芽傳輸模組，該訊號擷取模組從各該乾電極之各該電極針抓取大腦運作時產生的腦波訊號，依序經過該濾波器清除雜訊、該訊號放大器放大訊號和該類比數位轉換器轉換成原始訊號數據 ，再經由該無線藍芽傳輸模組將訊號輸出；及一音樂控制及播放裝置，該音樂控制及播放裝置設有一音樂控制模組並內建一藍芽模組，其內部安裝一腦波訊號處理程式及一音樂判斷演算法程式，該藍芽模組與該無線藍芽傳輸模組進行無線訊號傳輸，可將訊號從腦波訊號擷取裝置傳送至該音樂控制播放裝置，交由該腦波訊號處理程式及該音樂判斷演算法程式進行後續處理，再經由該音樂控制模組進行音樂播放控制。
藉此，當使用者戴上該腦波帽，經由該音樂控制模組擷取音樂播放供使用者聆聽，再觀察使用者由於情緒反應所產生的大腦腦波訊號變化，如此，藉由選擇音樂播放與大腦腦波訊號變化的對應關係，擷取適當的音樂播放，可以穩定使用者情緒，達到音樂治療的功效。
一、本發明之可攜式腦波偵測及音樂播放系統，該腦波訊號處理程式及該音樂判斷演算法程式將提供治療師EEG變化情形，可有效解決治療師不足問題，也可減少照護者的負擔。
二、本發明之可攜式腦波偵測及音樂播放系統，各該乾電極直接裝設於該腦波帽內部電極點位置，未經電極配置訓練者即可輕易使用該腦波帽，而無需訓練技師的協助。
三、本發明之可攜式腦波偵測及音樂播放系統，各該乾電極不需使用導電膠，因此不需要擔心使用到毒性導電膠和膠體劣化導致的訊號失準，適合長時間量測，具可重複使用和使用方便等優點。
四、本發明之可攜式腦波偵測及音樂播放系統，該腦波帽係採用具可撓性之矽膠材質，配合具伸縮性之彈性帶，可適用於不同頭型之使用者，且搭配輕巧的音樂控制及播放裝置(平板電腦、智慧型手機或筆記型電腦等)，使用上甚為方便。
有關本發明所採用之技術、手段及其功效，茲舉一較佳實施例並配合圖式詳細說明於後，相信本發明上述之目的、構造及特徵，當可由之得一深入而具體的瞭解。
參閱第一至五圖所示，本發明係提供一種可攜式腦波偵測及音樂播放系統，包含有：一腦波帽(10)，該腦波帽(10)係為一體成型，其二側各設一掛耳部(11)，其中央往後延伸一頭罩部(12)，該頭罩部(12)一端貫設一第一槽孔(13)，各該掛耳部(11)旁側各貫設一第二槽孔(14)，一彈性帶(15)呈T型設置，其二端穿設於各該第二槽孔(14)，第三端穿設於該第一槽孔(13)，該腦波帽(10)內部對應人腦電極點位置裝設數乾電極(16)，該乾 電極(16)材質係為導電矽膠，其具有一圓盤(161)，該圓盤(161)上設有數電極針(162)，該腦波帽(10)一側設一容置槽(17)，該容置槽(17)側面設一通孔(171)；一腦波訊號擷取裝置(20)，該腦波訊號擷取裝置(20)包括一控制盒(21)、一控制開關(22)及一訊號處理電路板(23)，該控制開關(22)裝設於該控制盒(21)側面，該訊號處理電路板(23)裝設於該控制盒(21)內部，該控制盒(21)蓋合一防護蓋(25)且一併容設於該容置槽(17)內，並使該控制開關(22)穿套該通孔(171)，該訊號處理電路板(23)及該控制開關(22)和各該乾電極(16)電連接，該訊號處理電路板(23)包括一訊號擷取模組(231)、一濾波器(232)、一訊號放大器(233)、一類比數位轉換器(234)及一無線藍芽傳輸模組(235)，該訊號擷取模組(231)從各該乾電極(16)之各該電極針(162)抓取大腦運作時產生的腦波訊號，依序經過該濾波器(232)清除雜訊、該訊號放大器(233)放大訊號和該類比數位轉換器(234)轉換成原始訊號數據，再經由該無線藍芽傳輸模組(235)將訊號輸出；及一音樂控制及播放裝置(30)，該音樂控制及播放裝 置(30)設有一音樂控制模組(31)並內建一藍芽模組(32)，其內部安裝一腦波訊號處理程式(33)及一音樂判斷演算法程式(34)，該藍芽模組(32)與該無線藍芽傳輸模組(235)進行無線訊號傳輸，可將訊號從腦波訊號擷取裝置(20)傳送至該音樂控制播放裝置(30)，交由該腦波訊號處理程式(33)及該音樂判斷演算法程式(34)進行後續處理，再經由該音樂控制模組(31)進行音樂播放控制；其中，該音樂控制及播放裝置(30)係為平板電腦、智慧型手機或筆記型電腦。
其中，該腦波帽(10)係採用具可撓性之矽膠材質，配合具伸縮性之該彈性帶(15)，可適用於不同頭型之使用者，另，各該掛耳部(11)掛附使用者雙耳，使該腦波帽(10)之戴用更為妥適。
其中，各該乾電極(16)各設有12支電極針(162)。
其中，該腦波訊號處理程式(33)及該音樂判斷演算法程式(34)將提供治療師EEG變化情形，可針對使用者給予適切的治療，使療程更快速與有效。藉此，當使用者病情達到舒緩而有更好之情緒控制，將可有效解決治療師不足問題，也可減少照護者的負擔。
其中，各該乾電極(16)直接裝設於該腦波帽(10)內部電極點位置，未經電極配置訓練者即可輕易使用 該腦波帽(10)，而無需訓練技師的協助。
其中，各該乾電極(16)不需使用導電膠，因此不需要擔心使用到毒性導電膠和膠體劣化導致的訊號失準，適合長時間量測，具可重複使用和使用方便等優點。
請參閱第四圖所示為國際性10-20電極配置系統之電極配置示意圖，本發明係將各該乾電極(16)裝設於該腦波帽(10)內部對應第四圖中FP1、FP2、AFZ、FZ及FCZ等5點之電極點位置，用來檢測及探討情緒、音樂與腦波中α波之關係。
藉此，當使用者戴上該腦波帽(10)，各該電極針(162)與使用者頭皮接觸，該訊號擷取模組(231)從該電極針(162)抓取使用者因情緒反應所產生的大腦腦波訊號，依序經過該濾波器(232)清除雜訊、該訊號放大器(233)放大訊號和該類比數位轉換器(234)轉換成原始訊號數據，再經由該無線藍芽傳輸模組(235)將訊號輸出到該音樂控制及播放裝置(30)，該腦波訊號處理程式(33)進行情緒狀態分析，分析出使用者目前大腦腦波各頻率強度分佈，當高頻段能量過強或低頻段太多等非正常狀態出現，便由該音樂判斷演算法程式(34)選擇適當的音樂，經由該音樂控制模組(31)擷取音樂播放供使用者聆聽，再觀察使用者由於情緒反應所產生的大腦腦波訊號變化，如此，藉由選擇音樂播 放與大腦腦波訊號變化的對應關係，擷取適當的音樂播放，可以穩定使用者情緒，達到音樂治療的功效。
前文係針對本發明之較佳實施例為本發明之技術特徵進行具體之說明；惟，熟悉此項技術之人士當可在不脫離本發明之精神與原則下對本發明進行變更與修改，而該等變更與修改，皆應涵蓋於如下申請專利範圍所界定之範疇中。
(10)‧‧‧腦波帽
(11)‧‧‧掛耳部
(12)‧‧‧頭罩部
(13)‧‧‧第一槽孔
(14)‧‧‧第二槽孔
(15)‧‧‧彈性帶
(16)‧‧‧乾電極
(161)‧‧‧圓盤
(162)‧‧‧電極針
(17)‧‧‧容置槽
(171)‧‧‧通孔
(20)‧‧‧腦波訊號擷取裝置
(21)‧‧‧控制盒
(22)‧‧‧控制開關
(23)‧‧‧訊號處理電路板
(231)‧‧‧訊號擷取模組
(232)‧‧‧濾波器
(233)‧‧‧訊號放大器
(234)‧‧‧類比數位轉換器
(235)‧‧‧無線藍芽傳輸模組
(25)‧‧‧防護蓋
(30)‧‧‧音樂控制及播放裝置
(31)‧‧‧音樂控制模組
(32)‧‧‧藍芽模組
(33)‧‧‧腦波訊號處理程式
(34)‧‧‧音樂判斷演算法程式
第一圖：係本發明其一實施例之腦波帽及腦波訊號擷取裝置立體外觀圖。
第二圖：係本發明其一實施例之腦波帽及腦波訊號擷取裝置立體分解圖。
第三圖：係本發明其一實施例之系統架構運作流程圖。
第四圖：係國際性10-20電極配置系統之電極配置示意圖
第五圖：係本發明其一實施例之使用狀態示意圖。
(16)‧‧‧乾電極
(23)‧‧‧訊號處理電路板
(231)‧‧‧訊號擷取模組
(232)‧‧‧濾波器
(233)‧‧‧訊號放大器
(234)‧‧‧類比數位轉換器
(235)‧‧‧無線藍芽傳輸模組
(30)‧‧‧音樂控制及播放裝置
(31)‧‧‧音樂控制模組
(32)‧‧‧藍芽模組
(33)‧‧‧腦波訊號處理程式
(34)‧‧‧音樂判斷演算法程式

Claims (8)

  1. 一種可攜式腦波偵測及音樂播放系統，係包含有：一腦波帽，該腦波帽二側各設一掛耳部，其中央往後延伸一頭罩部，該頭罩部一端貫設一第一槽孔，各該掛耳部旁側各貫設一第二槽孔，一彈性帶呈T型設置，其二端穿設於各該第二槽孔，第三端穿設於該第一槽孔，該腦波帽內部對應人腦電極點位置裝設數乾電極，該腦波帽一側設一容置槽，該容置槽側面設一通孔；一腦波訊號擷取裝置，該腦波訊號擷取裝置包括一控制盒、一控制開關及一訊號處理電路板，該控制開關裝設於該控制盒側面，該訊號處理電路板裝設於該控制盒內部，該控制盒容設於該容置槽內，並使該控制開關穿套該通孔，該訊號處理電路板及該控制開關和各該乾電極電連接，該訊號處理電路板包括一訊號擷取模組、一濾波器、一訊號放大器、一類比數位轉換器及一無線藍芽傳輸模組，該訊號擷取模組從各該乾電極抓取大腦運作時產生的腦波訊號，依序經過該濾波器清除雜訊、該訊號放大器放大訊號及該類比數位轉換器轉換成原始訊號數據，再經由該無線藍芽傳輸模組將訊號輸出；及一音樂控制及播放裝置，該音樂控制及播放裝置設有一音樂控制模組並內建一藍芽模組，其內部安裝一腦波訊號處理程式及一音樂判斷演算法程式，該藍芽模組與該無 線藍芽傳輸模組進行無線訊號傳輸，可將訊號從該腦波訊號擷取裝置傳送至該音樂控制播放裝置，交由該腦波訊號處理程式及該音樂判斷演算法程式進行後續處理，再經由該音樂控制模組進行音樂播放控制。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之可攜式腦波偵測及音樂播放系統，其中該乾電極材質係為導電矽膠。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之可攜式腦波偵測及音樂播放系統，其中該乾電極具有一圓盤，該圓盤上設有數電極針。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之可攜式腦波偵測及音樂播放系統，其中該乾電極設有12支電極針。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之可攜式腦波偵測及音樂播放系統，其中該腦波帽係為一體成型。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之可攜式腦波偵測及音樂播放系統，其中該音樂控制及播放裝置係為平板電腦、智慧型手機或筆記型電腦。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之可攜式腦波偵測及音樂播放系統，其中該腦波帽係採用具可撓性之矽膠材質，配合具伸縮性之該彈性帶，可適用於不同頭型之使用者。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之可攜式腦波偵測及音樂播放系統，其中該控制盒蓋合一防護蓋且一併容設於該容置槽內。
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