用于轉換器的干式應用的轉換器組件的制作方法
【專利摘要】一種轉換器組件，包括：支撐終端；和從支撐終端延伸的至少一個探測器，適于允許轉換器穿透和滑動穿過覆蓋人的對象區(qū)域的毛發(fā)片。探測器包括至少一個腿結構，其支撐布置在該腿結構的遠端處的轉換器，轉換器用于在將轉換器通過腿結構施加至選定的對象區(qū)域時，感測或激勵選定的對象區(qū)域的具體特性的狀態(tài)。腿結構相對于支撐終端布置成：使得當將轉換器組件施加至選定的對象區(qū)域時，腿結構布置為與對象區(qū)域成非垂直的角度。當將轉換器在壓力下施加至選定的對象區(qū)域時，腿結構適于彎曲，因此引起轉換器在對象區(qū)域上滑動。
【專利說明】用于轉換器的干式應用的轉換器組件
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本發(fā)明是未決的2012年3月19日所提交的美國臨時專利申請編號61/612，867和2012年5月25日所提交的美國臨時專利申請編號61/652，073的部分繼續(xù)申請。

【背景技術】
[0003]本發(fā)明大體涉及轉換器組件，例如允許從轉換器對外部裝置的通信的傳感器組件，尤其針對感測轉換器向對象區(qū)域的應用。在本文中使用的術語“對象區(qū)域”指頭皮、胸腔或人體的任何其它區(qū)域。選定的對象區(qū)域的具體特性的狀態(tài)，例如由轉換器感測的生物電位，通過轉換器組件傳送至外部裝置。
[0004]對于EEG (腦電圖描記器)應用，其中，感測轉換器是電極，傳感器組件用于將電極施加到對象區(qū)域來允許生物電位的感測。對于一些對象區(qū)域，優(yōu)選包含貼附至身體的稱為濕電極的傳感器組件。常規(guī)的濕電極傳感器組件包括Ag/AgCl盤(或一些其它導電材料的盤)。濕導電膠用于建立穿過在對象區(qū)域和Ag/AgCl盤之間的任何毛發(fā)的電連接。在對象區(qū)域的表面上的電位經過膠聯接至Ag/AgCl盤并進入電子放大器。標準的濕電極傳感器組件提供在對象區(qū)域和記錄儀器之間的安全、低阻抗的電連接，并因此確保高質量的信號感測。然而，結合對于皮膚準備的需要，電解膠的使用對于使用者設立通常是耗費時間的，對于對象刺激皮膚且不方便。備選地，設計成推開穿過毛發(fā)來直接接觸頭皮且不需要導電膠或皮膚準備的干電極已經作為濕電極的備選被開發(fā)。
[0005]實際上，干電極具有許多可用性問題。雖然在裸露皮膚(例如前額)上獲得信號相對直接，但大多數EEG設置還需要在由毛發(fā)覆蓋的頭部區(qū)域上的電極。根據厚度，毛發(fā)片通常難以可靠地穿透，并且它們阻礙傳感器物理地觸及皮膚。毛發(fā)的存在使得在最小的幫助或調整下建立由對象能夠容易且快速適應的干式EEG系統(tǒng)有挑戰(zhàn)性。
[0006]已知的現有技術的干式EEG電極典型地利用設計成推開穿過毛發(fā)束至頭皮的筆直、硬質指狀物。雖然指狀物電極能夠有效穿過許多不同發(fā)型到達頭皮，但是它們具有若干缺點。如果指狀物的直徑足夠小能夠容易地在毛發(fā)之間穿透，那么由于在尖點接觸頭皮處的高應力集中這可能變得疼痛。不在頭部上引起不舒服的較大直徑的指狀物不經手動調整則通常不能在毛發(fā)之間穿透。筆直指狀電極，當由硬質材料制成時，在沖擊條件下也是損傷危險物?，F有技術的干電極的實例在美國專利編號4，967，038和美國專利申請公開編號2009/0030298 Al中以及醫(yī)療工程g.tec網站上以題名“g.SAHARA ACTIVE DRY EEGLECTRODE SYSTEM”有所描述。
[0007]濕電極和干電極均需要一些壓力施加機構來將它們物理地固定到對象的頭部。對于濕電極，保持機構可以是粘合劑，其中電極粘接至頭皮。對于干電極，保持機構包括沒有粘合劑下的彈力帽和機械頭盔裝置。


【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明提供一種轉換器組件，包括:支撐終端；和附接至支撐終端并從支撐終端延伸的至少一個探測器；其中，至少一個探測器包括至少一個腿結構，其支撐布置在該腿結構遠端處的轉換器，轉換器用于在轉換器通過腿結構施加至選定的對象區(qū)域時，感測或激勵選定的對象區(qū)域的具體特性的狀態(tài)；并且其中，該至少一個腿結構相對于支撐終端布置成:使得當將轉換器組件施加至選定的對象區(qū)域時，將其布置成相對于對象區(qū)域非垂直的角度。
[0009]在一些實施例中，當轉換器在壓力下施加至選定的對象區(qū)域時，該至少一個腿結構適于彎曲，因此引起轉換器在對象區(qū)域上滑動。
[0010]本發(fā)明的轉換器組件的彎曲-和-滑動特性在下面在示出的示范實施例的描述后進行討論。
[0011]本發(fā)明的轉換器組件使得轉換器能夠穿透且滑動穿過覆蓋對象區(qū)域的毛發(fā)片，同時保持舒適和安全。由于任何施加的壓力引起腿支撐的轉換器在身體表面滑動，而不是進入身體，因此使不舒適和損傷的風險最小化?；瑒觿幼饕灿兄诜珠_毛發(fā)，并且將轉換器定位在毛發(fā)下面并直接定位在皮膚上。在高壓力或沖擊下，柔性腿能夠構造成直到與整個電極組件一起壓扁才損毀，因而這進一步降低了損傷的可能性。
[0012]優(yōu)選地，將多于一個的探測器附接至支撐終端上以用于機械穩(wěn)定性。
[0013]可與本發(fā)明的轉換器組件一起使用的轉換器包括但不限于感測電學特性、溫度和光學特性的轉換器，和用來傳輸電流用于穿透頭部激勵的轉換器。
[0014]在一些實施例中，將根據本發(fā)明的多個轉換器組件與帽、皮帶或安全帶結合，以便當將帽、皮帶或安全帶布置成將轉換器組件定位在多個對象區(qū)域上方時，將它們的相應轉換器施加至多個對象區(qū)域。
[0015]本發(fā)明的其它特性參考優(yōu)選實施例的詳細描述來進行描述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是根據本發(fā)明的轉換器組件的一個實施例的等距視圖。
[0017]圖2是圖1所示的轉換器組件的頂視圖。
[0018]圖3是圖1和2所示的轉換器組件所包括的成對探測器的頂視圖。
[0019]圖4示出了在圖1所示的轉換器組件中的不同的探測器的上腿和下腿結構的交叉布置。
[0020]圖5示出了當對轉換器組件施加不充分的壓力以將轉換器組件按壓在對象區(qū)域表面上時圖1所示的轉換器組件的腿結構的彎曲。
[0021]圖6示出了當對轉換器組件施加足夠的壓力以將轉換器組件按壓在對象區(qū)域表面上時圖1所示的轉換器組件的腿結構的折疊。
[0022]圖7是根據本發(fā)明的轉換器組件的另一實施例的等距視圖。
[0023]圖8是圖7中所示的轉換器組件所包括的探測器的平面?zhèn)纫晥D。
[0024]圖9示出了當對轉換器組件施加高壓并按壓到對象區(qū)域表面上時，圖7所示的轉換器組件的腿結構的折疊。
[0025]圖10是根據本發(fā)明的轉換器組件的另一實施例的等距視圖。
[0026]圖11是圖10所示的轉換器組件所包括的探測器的等距視圖。
[0027]圖12和13示出了本發(fā)明的彎曲-和-滑動特性。

【具體實施方式】
[0028]參考圖1和2，根據本發(fā)明的轉換器組件10的一個示范實施例包括支撐終端12和附接至支撐終端12并從支撐終端12延伸的多個探測器14a、14b和14c。支撐終端12以三角形構造連接探測器14a、14b、14c。支撐終端12也用作用于外部信號連接器的附接點。雖然在圖1中支撐終端12繪出為三角形，但是支撐終端12可以是任何形狀。在該其它實施例的其他形式中，可存在多于或少于六個探測器。
[0029]參考圖3，單獨的探測器14包括下腿結構18，上腿結構20以及在探測器14連接至支撐終端12處的分支22。下腿結構18包括支撐轉換器25的腳24，和柔性接合處26。上腿結構20包括支撐轉換器29的腳28，和柔性接合處30。當相應轉換器25、29與對象區(qū)域接觸并且壓力施加到支撐終端22時，下腿和上腿結構18、20在其相應接合處26、30處彎曲并引起腳支撐的轉換器25、29在對象區(qū)域上滑動。
[0030]雖然下腿結構18和上腿結構20兩者均包含相似的部件，但是如圖1和4所示，他們具有不同的形狀并且布置成不同的定向，以在每個腿結構18、20彎曲時使轉換器組件10的徑向擴張最小化。
[0031]進一步參考圖4，其示出了一個探測器14a的下腿結構18a相對于相鄰探測器14b的上腿結構20b的布置，一個探測器14a的下腿結構18a交叉布置在相鄰探測器14b的上腿結構20b的下面。這種交叉由在上腿結構20中的接合處30b的隆起形狀進行調節(jié)。在本實施例中，每個探測器14a-c的下腿結構18適配在相鄰探測器14a-c的上腿結構20的下面，交叉的相鄰腿結構18、20定向為相對支撐終端12的圓周的稍微切線方向。這種布置允許每個下腿結構18彎曲時，每個下腿結構18能夠折疊在上腿結構20的下面，因此使轉換器組件10的整體面積最小化。使整體面積最小化對于轉換器組件10的高密度陣列尤其有利，在轉換器組件10的高密度陣列中，多個轉換器組件10必須緊密放置。
[0032]為了更好地示出腿結構18、20的彎曲和折疊，圖5和6分別示出了在未壓縮狀態(tài)和壓縮狀態(tài)下的傳感器組件10。當傳感器組件10被壓扁時，腿結構18，20彎曲，下腿結構18適配在上腿結構20下面。彎曲動作引起轉換器25、29在對象區(qū)域上滑動。當在對象區(qū)域上存在毛發(fā)的情況下，滑動動作有助于將轉換器25、29定位在毛發(fā)束下面以用于更好地直接與皮膚或頭皮接觸。由于在所有探測器14a-c內的腿結構18、20均被壓扁，與具有筆直指狀物的現有技術的干電極組件對比，本發(fā)明降低了對對象的損傷的風險。
[0033]參考圖7，根據本發(fā)明的轉換器組件40的另一示范實施例包括支撐終端42和附接至支撐終端42并從支撐終端42延伸的六個探測器44a、44b、44c、44d、44e以及44f。支撐終端42支撐六個探測器44a、44b、44c、44d、44e以及44f。在該其它實施例的其它形式中，可存在多于或少于六個探測器。支撐終端42也用作用于外部信號連接器的附接點。雖然在圖4中支撐終端42示出為圓形，但是支撐終端42可以是任何形狀。
[0034]參考圖8，單獨的探測器44包括僅僅一個腿結構48。腿結構48包括在探測器44連接至支撐終端42處的分支52，柔性接合處54以及支撐轉換器57的腳56。當轉換器57與對象區(qū)域接觸并且對支撐終端42施加壓力時，腿結構48在接合處54處向外彎曲，并引起腳支撐的轉換器55在對象區(qū)域上滑動。當在對象區(qū)域上存在毛發(fā)的情況下，滑動動作有助于將轉換器57定位在毛發(fā)束下面以用于更好地直接與皮膚或頭皮接觸。如圖9所示，由于對支撐終端42施加充分的壓力時，在所有探測器44內的所有腿結構48均被壓扁，所以與具有筆直指狀物的現有技術的干電極組件對比，本發(fā)明降低了對對象的損傷的風險。
[0035]參考圖10，根據本發(fā)明的轉換器組件60的另一示范實施例包括支撐終端62和五個探測器64a、64b、64c、64d以及64e，這些探測器由支撐終端62支撐并從支撐終端62以非垂直于支撐終端62的方向向外延伸。在該其它實施例的其他形式中，可存在多于或少于五個探測器。
[0036]參考圖11，單獨的探測器64包括單個環(huán)狀的腿結構66，其具有附接至支撐終端62的兩個終端68a、68b。環(huán)狀腿結構66的至少一部分是由柔性材料制成，將其布置為當對支撐終端62施加壓力時，使得腿結構66從支撐終端62向外彎曲。在該另一實施例的其他形式中，環(huán)狀的腿結構66包括布置在鄰近終端68a、68b的區(qū)域中的接合處，其中這些接合處使得當對支撐終端62施加壓力時，腿結構66從支撐終端62向外彎曲。
[0037]轉換器70布置在腿結構66的遠端處，當對支撐終端62施加壓力并因此引起轉換器70在對象區(qū)域上滑動時，轉換器70用來感測或激勵當通過腿結構將轉換器70施加到選定的對象區(qū)域時選定的對象區(qū)域的具體特性的狀態(tài)。
[0038]腿結構66的環(huán)狀的一個優(yōu)點是更好地將彎曲動作限制為相對支撐終端62的徑向、向外的方向，并且因此阻止腿結構66沿著不最理想的方向(例如側向)彎曲，這可能損壞其整體性。環(huán)狀的第二個優(yōu)點是可將轉換器70制成環(huán)的部分，這使得轉換器70在壓力下能夠彎曲并提供較大的舒適性和對于對象表面的接觸面積。
[0039]參考圖12和13，討論了本發(fā)明的轉換器組件的彎曲-和-滑動特性。將在探測器80的遠端處具有轉換器82的通用探測器80布置成與對象區(qū)域84不垂直的角度同時定向為與施加的力D不平行的方向。在典型的現有技術的EEG系統(tǒng)中，頭帽、皮帶或其他安全帶系統(tǒng)通常提供垂直于對象區(qū)域84的這種力D。因為本發(fā)明的轉換器組件將探測器80定向為相對于對象區(qū)域84非垂直的方向，因此力D引起探測器80在方向S上偏轉并使得接觸轉換器82能夠在對象區(qū)域84上滑動。接觸轉換器82由導電材料制成，以從對象區(qū)域84獲得電信號?；瑒觿幼魇沟棉D換器82的尖端能夠推開毛發(fā)，并實現對對象區(qū)域84的更好接觸。在極限壓力下，探測器80僅在其一側被壓扁并抵在對象區(qū)域84上，并且因此在對象區(qū)域84的上方廣泛地分布。結合探測器80在極限壓力下壓扁的能力的本發(fā)明的滑動動作使得轉換器82既能穿透也能推開毛發(fā)，同時保持舒適和安全性。
[0040]在利用電傳輸的本發(fā)明的實施例中，轉換器組件的支撐終端和探測器能夠在轉換器和外部裝置之間傳輸電信號。這可以通過不同技術獲得。在一些實施例中，支撐終端和探測器由尼龍或柔性且可彎曲的任何其它彈性塑料制成；并且將銀色漆施加至表面以使得支撐終端和探測器導電。備選技術包括將塑料支撐終端和塑料探測器浸入用導電材料覆蓋它們的表面的電鍍浴中。備選地，整個轉換器組件可由諸如碳填充的塑料、導電的銀-硅化合物或固體金屬的導電材料制成。進一步備選地，由于僅僅在探測器的遠端處的轉換器的接觸區(qū)域需要是導電的，僅僅將轉換器的接觸區(qū)域噴涂/覆蓋導電材料或由導電材料制成；并且信號由嵌入或沿著轉換器組件的剩余部分前行的導電體向轉換器傳輸或從轉換器傳輸。
[0041]在那些在腿部結構中包括接合處的示范實施例中，并不需要外在的接合處。該接合處可以僅僅是由附接至支撐終端的腿結構提供的彎曲功能；或者接合處的柔性功能是腿結構固有的，例如當腿結構是由足夠柔性的材料制成時。
[0042]本發(fā)明的轉換器組件除了用于感測生物電位的實施例外，可廣泛應用于包括將轉換器放置在人的表面上的其它實施例。在一個實施例中，由探測器的腿結構支撐電熱調節(jié)器以穿過毛發(fā)感測頭部溫度。另一種應用包括將光學傳感器放置在腿結構的遠端處以用于測量血氧飽和度或近紅外光譜。在又一實施例中，轉換器組件用來傳輸電流，而不是或除了感測生物電位之外，用于穿透頭部激勵。
[0043]在EEG系統(tǒng)中使用本發(fā)明的轉換器組件的方法的示范實施例中，轉換器是連接至EEG系統(tǒng)的輸入端的電極；并且將多個電極布置在頭戴帽，皮帶或安全帶內部以促進在對象上的多通道布置。
[0044]由帽施加的輕微向下的壓力具有沿著對象區(qū)域切線地推動腿結構的尖端來將毛發(fā)推到不阻礙處以使得電極能夠與皮膚接觸。在一個多電極構造中，典型地，將每個電極均并入能夠施加壓力的頭戴帽中，使得所有電極均同時在相應對象區(qū)域上滑動，并且因此允許壓力的快速施加。
[0045]當記錄完成時，使用者僅僅移除電極和/或頭戴裝置，皮帶或安全帶。
[0046]在本文中具體陳述的優(yōu)點不一定應用于本發(fā)明的每個構思的實施例。此外，本發(fā)明的這種陳述的優(yōu)點只作為實例并且不應該限制為僅僅本發(fā)明的優(yōu)點。
[0047]雖然上面的描述包含許多特性，但是這不應當解釋為對本發(fā)明的范圍的限制，而是應作為在本文中描述的優(yōu)選實施例的實例。其它變形是可能的，并且本發(fā)明的范圍不應該由在本文中描述的示范實施例決定而是由權利要求和其法律等同體決定。
【權利要求】
1.一種轉換器組件，包括: 支撐終端；以及 至少一個探測器，其附接至所述支撐終端并從所述支撐終端延伸； 其中，所述至少一個探測器包括至少一個腿結構，其支撐布置在所述腿結構的遠端處的轉換器，該轉換器用于在將所述轉換器通過所述腿結構施加至選定的對象區(qū)域時，感測或激勵所述選定的對象區(qū)域的具體特性的狀態(tài)；以及 其中，所述至少一個腿結構相對于所述支撐終端布置成:使得當將所述轉換器組件施加至所述選定的對象區(qū)域時，所述至少一個腿結構布置為與所述對象區(qū)域成非垂直的角度。
2.根據權利要求1所述的轉換器組件，其特征在于，當將所述轉換器在壓力下施加至所述對象區(qū)域時，所述至少一個腿結構適于彎曲，并因此引起所述轉換器在所述對象區(qū)域上滑動。
3.根據權利要求1或2所述的轉換器組件，其特征在于，多個所述探測器附接至所述支撐終端并從所述支撐終端延伸。
4.根據權利要求3所述的轉換器組件，其特征在于，單獨的所述探測器包括多個所述腿結構。
5.根據權利要求4所述的轉換器組件，其特征在于， 其中，單獨的所述探測器包括上腿結構和下腿結構；以及 其中，單獨的所述腿結構包括:腳，其支撐轉換器；以及柔性接合處，使得當相應轉換器與對象區(qū)域接觸且將壓力施加至所述支撐終端時，所述上腿和下腿結構在它們的相應接合處彎曲并引起所述腳支撐的轉換器在所述對象區(qū)域上滑動。
6.根據權利要求4所述的轉換器組件，其特征在于， 其中，單獨的所述探測器包括上腿結構和下腿結構；以及 其中，一個所述探測器的下腿結構交叉布置在相鄰的所述探測器的上腿結構的下面，從而在各個所述腿結構彎曲時使所述轉換器組件的徑向擴張最小化。
7.根據權利要求3所述的轉換器組件，其特征在于， 其中，單獨的所述探測器包括上腿結構和下腿結構；以及 其中，單獨的所述腿結構包括:腳，其支撐轉換器；以及柔性接合處，使得當所述相應轉換器與對象區(qū)域接觸且將壓力施加至所述支撐終端時，所述上腿和下腿結構在它們的相應接合處彎曲并引起所述腳支撐的轉換器在所述對象區(qū)域上滑動。
8.根據權利要求3所述的轉換器組件，其特征在于，單獨的所述探測器包括環(huán)狀的腿結構，其從所述支撐終端以非垂直于所述支撐終端的方向向外延伸。
9.根據權利要求1或2所述的轉換器組件，其特征在于， 其中，單獨的所述探測器包括上腿結構和下腿結構；以及 其中，單獨的所述腿結構包括:腳，其支撐轉換器；以及柔性接合處，使得當所述相應轉換器與對象區(qū)域接觸且將壓力施加至所述支撐終端時，所述上腿和下腿結構在它們的相應接合處彎曲并引起所述腳支撐的轉換器在所述對象區(qū)域上滑動。
10.根據權利要求1或2所述的多個轉換器組件，其與帽、皮帶或安全帶相結合， 其中，所述轉換器組件與所述帽、皮帶或安全帶結合，以便當將所述帽、皮帶或安全帶布置成將所述轉換器組件定位在所述多個對象區(qū)域上方時，將它們的相應轉換器施加至多個對象區(qū)域。
【文檔編號】A61B5/0478GK104470424SQ201380015527
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年3月15日 優(yōu)先權日:2012年3月19日
【發(fā)明者】遲雨, M·H·埃爾科寧, T·A·克思 申請人:科尼翁尼克斯公司