1290037 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係一種使用猫波控制之醫療照護溝通裝置,特 別是指一種適合用於肢體重度障礙病患使用之使用腦波控 制之醫療照護溝通裝置。— [先前技術3 按,一般重度身心障礙之病患,由於其身體行動能力 喪失’因此日常生活起居的各種需求(例如··進食、喝水、 坐起、躺下、翻身、抓疼等動作)均需要藉助看護人員來完 成。然而許多重度身心障礙的病患,因為失去語言溝通能 力,因此無法直接以言語表達其本身需求,所以看護人員 必須以觀察或是猜測的方式,推斷被照護者有何種需求, 並提供照護,因此容易疏忽被照護者的需求,而使得被照 護者無法得到充分的照料。 為了增進重度身心障礙者的照護品質,因此有醫療照 護用之溝通裝置產生,所謂的溝通裝置係為提供被照護者 者舆看護者互動及相互溝通之裝置,因此,溝通介面在障 害者的醫療照顧中是一種不可或缺之設備。 現階段醫療照護用溝通介面裝置大致可以分成機械 訊號感測式舆生理訊號感應式二種,其中,機械訊號感測 式係依感测方式不同,而提供不同自由度的溝通,簡單如 僅提供YES/ΝΟ的一般按鈕、吹氣開關、接觸開關等;複雜 如可提供YES/NO以外意思表達的溝通盤等。然而,機械訊 號感測式的動作原理係透過使用者的動作致動感測機構或 元件,使系統可藉此進行感測並顯示使用者所欲傳達的涵 1290037 意。因此,使用者必須具有一定程度的肢體動作能力,對 售 於較重度肢體障礙者,則無法提供訊息溝通的服務。 而由生理訊號構成的生理訊號感應式溝通介面裝置, 其原理可包括·•眼動訊號(Eye movement)、表情訊號與 灌波訊號(Brainwave, Electroencephaiographic ,EEG)等。其中,B艮動訊號是透過眼球運動時所表現的各 項特徵訊號’擷取並進行溝通介面的控制,其技術原理有 :反射原理(ReflectedLight)、皮膚電位(Electric Skin Potential)、接觸晶體(Contact Lenses)0 透過眼動訊號,使用者可以藉由眼球運動時所展現的特徵 操控溝通介面,如溝通盤等。 至於表情訊號溝通介面裝置的原理則係透過影像擷 取裝置(如·· CCD),將使用者的表情記錄,以影像處理方 式比對並進行溝通機器。透過該裝置,使用者可透過不同 表情的呈現,傳違所欲表達的内容。然而,透過眼動訊號 與表情訊號進行情感的表達舆溝通,對於重度障害者的應 用仍有極大的極限,如無法控制表情動作或表情動作特徵 不明顯(顏面神經患者)與無法控制眼球運動或眼球運動 控制不佳(放射線治療患者)等。 由此可知,習用的醫療照護用之溝通系統僅能狗適用 在仍然具有部份肢體運動能力,或是仍然可以控制眼球或 顏面表情之被照護者使用。 然而有些被照護者雖然因為肢體或神經系統陣礙之 因素,無法利用上述溝通裝置,但是其意識仍然清醒,因 此尚能夠利用腦波來作為溝通方式。膘波訊號的溝通裝置 6 1290037 係透過貼附於頭部表皮的電極,感測腦部活動時的電位, 並依此進行分析後控制。联波控制的原理,大致上係利用 一引導刺激方式給予使用者刺激,然後利用電極將使用者 受刺激時產生的電流傳導到一個分析比對裝置,經由分析 比對方式辨別出使用者腦波所代表的控制意囱。t 然而目前腦波控制的研究多數係應用在電雎的操控 ,或是其他機器設備的控制,尚無任何習知技術將觸波控 制應用在提供重度身心障礙之被照護者的醫療照護用溝通 系統上,因此使得前述之重度身心障礙之被照護者尚無法 利用腦波控制的溝通界面來與看護者溝通。 【發明内容】 發明人有鑑於前述先前技術之缺點,乃依其從事溝通 介面裝置之製造經驗和技術累積,針對上述缺失悉心研究 各種解決的方法,在經過不斷的研究、實驗舆改良後,终 於開發設計出本發明。 本發明之主要目的,係提供一種運用脎波訊號進行溝 通之介面系統,使高度肢艘障害者,特別是針對僅具有思 % 考或部分思考能力的患者,能夠透過該系統以墦波對看護 者表達需求舆溝通。 根據上述之目的,該系統包含有至少一個腦波感測電 極、一主要控制器以及一顯示裝置,其中該等腦波感測電 極係透過連接線組與該主要控制器電氣連接,令該等腦波 感測電極感測臞波,並將所感測之膘波訊號透過連接線組 傳送至該主要控制器,而該主要控制器設有一中央處理器 (CPU),且其内部具有一儲存裝置,及一比對裝置,·儲存 1290037 裝置預先設定有多组腦波訊號樣本所構成之滕波比對表, 各個樣本係代表受照護者某項特殊意圓狀態下之雎波特徵 ,該比對裝置藉將前述腦波感測電極所感測到的被照護者 的雎波與該儲存裝置内所儲存的膘波比對表相互比對,可 辨別出被照護者所欲表達之意圓,然後再經由該顯示裝置 將被照護者所欲表達之意圖顯示出來,以供看護人員經由 該顯示裝置明瞭被照護者之需求,而能夠提供適當協助。 本發明為達成上述之目的,其所採用之構造裝置特徵 及其功效,茲舉實施例配合圖式,詳細說明如下: 【實施方式】 如圖1所示,本發明係一種使用腦波控制之醫療照護 溝通裝置,其中主要設有至少一個腦波感測電極10,其係 藉由一連接線組11與一主要控制器20連接,該若干臈波感 測器10係可以貼附於受照護者之頭部,用以感测受照護者 之腦波訊號,並經由該連接線組11將腦波訊號傳送到該主 要控制器之中。 於本實施例中該等联波感測電極10係由銀與銀化合 物(silver/silver chloride)電鍵製作而成的,但 本發明在實際實施時,並不限於此。 本發明更進一步包括一顯示裝置30,係可以受該主要 控制器20控制,而將受照護者所欲表達之意圖顯示供看護 人員明瞭受照護者的需求,而能夠提供適當協助。 如圖2所示係本發明之主要控制器之系統架構圓,其 中該主要控制器20包括有一接收單元21,係與該若干滕波 感測器10的連接線组11連接,其主要功能為將腦波感測器 1290037 10的滕波訊號放大、波波與數位化;及一系統匯流排22 , 係用以連接該主要控制器20内部各個主要組件;及一中央 處理單元23 ,其係可館存該主要控制器之系統軟體,並控 制該主要控制器20内部各主要單元的運作與資料之運算 ,·及一储存單元24,其内部係可鍺存多組分別代表被照護 者不同意圖之滕波樣本;及一比對單元25,係可以將經由 該接收單元21輸入的被照護者滕波訊號與該儲存單元24 内所儲存的雎波訊號樣本,而辨別出被照護者所欲表達的 意圓;及一顯示界面單元26,係用以連接該主要控制器2〇 與顯示裝置30,該中央處理單元23係可以在該比對單元25 辨識出受照護者的需求命令後,發出指令訊號,並經由該 顯示界面單元26將指示命令顯示在該顯示裝置30上,以供 看護人員可以明瞭受照護者的需求或意圖,而能夠提供適 當協助。 該主要控制器20更進一步包括一訓練單元27,係用 以在本發明之裝置在第一次使用之前,可以先行經由一訓 練程序,引導被照護者在要表達某項需求或意圖時,產生 特定特徵的腦波(其訓練方式係藉由給予特定刺激,而誘使 產生特定聪波特徵,該訓練方法的詳細程序容後再述),然 後再將被照護者在不同需求或意圖狀態下的腦波訊號特徵 輸入該儲存單元24之中,以作為比對單元25判斷被照護者 之需求意圖的比對樣本。 本發明之顯示裝置可以採用螢幕顯示方式,或者是單 純的指令盤顯示的構造。如圖3所示係為該顯示裝置30的 第一種實施例,其中顯示裝置30係為一個LCD顯示器,其 1290037 具有一顯示面板31,及一個舆該顯示界面單元26連接的連 接線32,係可以經由顯示界面單元26將被照護者的需求或 意圓的指令以文字或圓像的方式顯示在該顯示面板31上 ,而使得看護人員可以明瞭被照護者的需求或意圖。 圈3A所示,係顯示裝置的第二種實施例,其_顯示裝 置30A具有一顯示盤31A,並藉由連接線32A與蘋示界面單 元26連接。該顯示盤31A上設置有多數個命令標示區33A ,各個命令標示區以文字或圓像標示,分別代表一種被照 護人員的需求或意圖,例如:YES、NO、感到不舒服、上 廁所、需要翻身等,並且設置有一個顯示燈號34A,當被 照護者產生某項4需求或意圖時,可經由該顯示界面單元26 控制不同的命令標示區33A的顯示燈號34A亮起,而將被照 護者的需求或意圖表示出來,而使得看護人員可以明瞭被 照護者的需求或意囷。 如圖4所示係本發明之主要處理程序流程圖。本發明 之軟鱧架構圓以訊號處理單元405為分界,系統可以分成 兩個部分;感測端舆訓練端,其中感測端主要由電極402 、放大濾波器4〇3、類比/數位(A/D)轉換器404構成; 而訓練端主要由雎波特徵訓練程序406、臈波特徵資料儲 存4〇7構成。當系統開始董測使用者4〇1的瑙波訊號時,必 須在使用者4 01頭皮上所欲感測部位附著電極4 〇2(在本發 明中之一實施例中,該附著之電極402的組數為三组),該 等電極4〇2感測使用者401雎波極微量的電氣訊號後,必須 經過放大濾波器403進行訊號的放大並去除雜訊,最後由 類比/數位(A/D)轉換器404將放大後的連蹟電氣訊號轉 10 1290037 換成數位訊號,以供後續的訊號處理單元4〇5進行訊號處 理。其間,感測端的數位化雎波電氣訊號產生流程可由現 有的腦波量測產品完成。而訓練端則是由使用者舆訓練者 所構成的腦波特徵訓練程序406舆記錄最终訓練成果的滕 波特徵資料储存407所组成,使用者舆訓練者必須事先針 對激勵音頻訊號與表達内容進行溝通,再以該音頻訊號不 斷激勵使用者並分析所激勵的脎波訊號。當使用者建立激 勵音頻訊號舆表達内容的關係後,訓練者便將激勵腦波訊 號特徵與表達内容經指示命令408記錄於該雎波特徵資料 儲存407,以供後續的訊號處理單元405進行訊號處理。該 訊號處理單元405則必須將數位化處理後的感測滕波放大 電壓訊號進行頻譜分析,待擷取訊號特徵,如:頻帶、相 位、強度等後,依此特徵點指示命令408與該腦波特徵資 料儲存407比對並分群,最後將指示命令412透過數位控制 器410產生溝通盤411的控制訊號413,使溝通盤内的顯示 燈號34A能依指定點燈,進行指示性的溝通。 如圖5所示係本發明之介面系统之離線腦波訓練方法 架構圓,該堪波特徵訓練程序501必須由系統、使用者與 訓練者同時進行。首先,使用者與訓練者必須事先針對激 勵音頻訊號與表達内容進行溝通,包括動作指定502是由 使用者與訓練者協調溝通盤411上所欲表達的内容,以及 本次訓練循環的動作目的;嗣再由訓練者進行音頻訊號指 定503、使用者指導激動504以該音頻訊號不斷激動使用者 ,並以腦波特徵產生505分析所激發的滕波訊號,當激勵 臈波訊號所分析出的訊號特徵不甚明顯時,使用者與訓練 11 1290037 者必須重新指定激勘音頻訊號,並重複訓練。當腦波特徵 產生建立使用者激勵音頻訊號舆表達内容的關係後,訓竦 者便將腦波特徵與指示命令5 0 7記錄於該主要控制器2 0的 腦波特徵資料儲存506,以提供該訊號處理單元405進行訊 號分析舆比對使用众
如圖6所示係本發明之雎波訊號處理之架構圖,當感 測脎波訊號經由電極402、放大濾波器403、類比/數位( A/D)轉換器404後,形成數位化電氣訊號601。電氣訊號 擷取602可在預先設定的擷取時間長度下接收所有臈波感 測通道的電氣訊號606後,形成多通道且固定時間長度的 多維度腦波電氣訊號6〇7,嗣再將此多維度腦波電氣訊號 6〇7經由訊號前置處理603進行訊號的強化舆濾波,如··使 用帶通濾波器擷取固定頻寬的訊號,或對量測訊號的強度 進行調變等,訊號分群6〇4則將前置處理過後的觸波訊號 進行PCA (principle component analysis)和ICA (independent component analysis)的特徵擷取 處理,並與該腦波特徵資料儲存4〇7進行比對,如:應用 模糊類神經網路分析法進行特徵的分類舆比對。經由該訊 號分群604與該雎波特徵資料儲存4〇7的比對結茱可由動 作命令605產生指示命令412至數位控制器410,以進行溝 通盤411的顯示。當本次處理循環結束後,即可進行下一 動作取得608的循環開始。 本發明採用腦波訊號感測與分析技術建立肢體障害 者所需之溝通盤,使較高程度的肢體障害者能與看護者更 順利的溝通,舒緩照護不當所衍生的問題,度過更舒適便 12 .1290037 利的生活。此外,特殊的離線腦波訓練方法,更可建立激 勵臈波訊號特徵舆溝通内容的關係,令使用者可在不持續 使用激勒源的情況下使用溝通盤,可謂便捷無比。 【圓式說明】 圓1為本發明之介面系统之硬艟架構圖〇 圓2為本發明之介面系统之系统架構圖。 圓3為本發明之顯示裝置第一實施例的構造示意囷。 圖3Α為本發明之顯示裝置第二實施例的構造示意 圖。 圓4為本發明之介面系統之軟艘架構圖。 圓5為本發明之介面系統之離線滕波訓練^方法架構 圖6為本發明之滕波訊號處理之架構圓。 【主要部分之代表符號】 1Q ·····-·聪波感測電極 11…… •“連接線纪 20·········主要控制器 21……, …接收單元 22——系统匯流排 23…… .··中央處理單元 24·—··错存單元 2 5··…· …比對單元 26-------顯示界面單元 27·…·· …訓練單元 30··—··顯示裝置 31 0ΦΦΦ0Φ4 .··顧不面板 32________連接線 30A···. ’··顆不裝置 31Α—顯示盤 32A···, ···連接線 3 3 A......命令標示區 34A··· ••顯不燈號 401……使用者 4 02 …· .··電極 403······放大濾波器 13 •1290037 404 405 406 407 408 410 412 501 502 504 506 507 602 604 606 607 608 類比/數位(A/D)轉換器 訊號處理單元 腦波特徵訓練程序 .腦波特徵資料儲存 ,指示命令 409……指示命令 數位控制器 411......溝通盤 指示命令 413......控制訊號 ,腦波特徵訓練程序 ,動作指定 503……音頻訊號指定 使用者指導激勵 505······腦波特徵產生 .腦波特徵資料儲存 •指示命令 601., .電氣訊號操取 603. 訊號分群 605: 腦波感測通道的電氣訊號 多維度腦波電氣訊號 進行下一動作取得 數位化電氣訊號 訊號前置處理 動作命令產生 14