TWI502391B - The use of sound - induced brain waves in the medical care of the control system and its control methods - Google Patents

Description

利用聲音誘發腦波於醫療照護之控制系統及其控制方法

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，尤指一種擷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。

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。

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，在口不能言、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。

因此，隨著近年來腦波信號擷取科技的發展，世界上有越來越多的研究團隊投入腦波人機界面的研究，希望透過擷取與分析腦波訊號，讓使用者能透過腦波直接表達自主意識，並期許能達到腦波意念控制的目標。

而對於如前述之重症患者，按中華民國公開號第200945089 號「視覺誘發腦波控制裝置之看護系統」提供了一種解決方案，其係利用使用者注視一光學閃爍產生裝置中的光學顯示區域，並利用一腦波訊號量測裝置，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。

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。

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。

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。

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。

1‧‧‧控制系統

2‧‧‧聲音輸出裝置

2a‧‧‧聲音輸出裝置

21‧‧‧聲音訊號

21a‧‧‧聲音訊號

211a‧‧‧刺激訊號

212a‧‧‧非刺激訊號

3‧‧‧腦波處理模組

31‧‧‧腦波擷取單元

311‧‧‧電極貼片

32‧‧‧腦波訊號處理裝置

321‧‧‧訊號處理器

322‧‧‧聲音儲存單元

33‧‧‧控制單元

4‧‧‧受控裝置

5‧‧‧腦波訊號

51‧‧‧類比訊號

52‧‧‧數位訊號

53‧‧‧控制訊號

第1圖：係本發明之運作流程示意圖。

第2圖：係本發明之控制方法示意圖。

第3圖：係本發明較佳實施例之運作流程示意圖。

第4圖：係本發明較佳實施例之控制方法示意圖。

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。

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：該聲音輸出裝置2，其可為喇叭、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。

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。

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 護中心房間內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。

請參閱第2圖所示，本發明之控制方法，其包括以下步驟：

S1.一聲音輸出裝置輸出聲音訊號給予使用者。

S2.一腦波擷取單元擷取使用者腦波訊號。

S3.一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51轉換成數位訊號。

S4.一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。

S5.該受控裝置接收控制單元輸出的控制訊號並進行動作。

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211a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進行比較與判讀。

藉由同時間分別輸出刺激訊號211a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一個階段的運作方式(如第5圖所示)，讓使用者可專注左耳或右耳的刺激訊號211a，並以此進行不同的編碼，如二進位碼的0(左耳)與1(右耳)，其分別代表使用者想執行的不同選項；當實施步驟S1輸出聲音訊號21a時，若使用者欲執行二進位碼0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211a以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，待刺激結束後，則交換左、右耳的聲音訊號21a，左耳變更為播放非刺激訊號212a，右耳則播放刺激訊號211a，但此時使用者仍須專注代表0的左耳聲音，進而會忽略右耳同時所聽到的刺激訊號211a；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0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1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音，進而產生編碼0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、10、11四種編碼組合，其可分別對應4種不同的控制選項；依此類推，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。

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內，所作各種之更動與修改，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧控制系統

2‧‧‧聲音輸出裝置

21‧‧‧聲音訊號

3‧‧‧腦波處理模組

31‧‧‧腦波擷取單元

311‧‧‧電極貼片

32‧‧‧腦波訊號處理裝置

321‧‧‧訊號處理器

322‧‧‧聲音儲存單元

33‧‧‧控制單元

4‧‧‧受控裝置

5‧‧‧腦波訊號

51‧‧‧類比訊號

52‧‧‧數位訊號

53‧‧‧控制訊號

Claims (8)

1. 一種利用聲音誘發腦波於醫療照護之控制系統，該控制系統包括一聲音輸出裝置、一腦波處理模組及至少一受控裝置，其中：該聲音輸出裝置，其用以分別於左、右聲道輸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專注於左、右耳之腦波訊號的裝置，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，該訊號處理器係與該腦波擷取單元連結，其接收來自該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，由類比訊號轉換成一數位訊號；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，其用以接收該數位訊號，將該數位訊號進行分析與計算後，依據使用者專注於左、右耳的選項，並以此進行編碼與輸出一控制訊號至對應之該受控裝置；該受控裝置，其接收控制單元輸出的控制訊號並進行動作。
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叭、耳機或具有喇叭之電子產品。
3. 如申請專利範圍第1或2其中一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該受控裝置之選擇式。
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護之控制系統，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，該腦波擷取單元為由銀與銀化合物電鍍製作而成的數腦波電極貼片或腦波收集帽。
6. 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. 一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：S1.一聲音輸出裝置分別於左、右聲道輸出聲音訊號給予使用者；S2.一腦波擷取單元擷取使用者專注於左、右耳之腦波訊號；S3.一腦波訊號處理裝置之訊號處理器接收來自該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，由類比訊號轉換成一數位訊號；S4.一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，判斷使用者專注於左、右耳的選項，並以此進行編碼與輸出一控制訊號至對應之一受控裝置； S5.該受控裝置接收控制單元輸出的控制訊號並進行動作。
8. 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，隨後再交換此兩訊號於左、右聲道輸出，使用者必須專注聆聽左耳或右耳聲音，進而產生編碼，達到控制該受控裝置或與外界溝通之目的。