本發(fā)明涉及腦電設(shè)備及腦電圖信號處理相關(guān)領(lǐng)域，是一種有充氣內(nèi)囊的多電極腦電帽。

背景技術(shù)：

腦電(Electroencephalographs,EEG)是通過將一系列電極貼在頭皮上記錄和檢測到的大腦波形。腦電記錄和分析系統(tǒng)目前已有很多顯著進展，并且正在快速發(fā)展當中，簡單列舉如下：數(shù)字多通道電導、同時適用于成人和小孩的應急監(jiān)測腦電監(jiān)測系統(tǒng)、腦電分析的振幅分布、計算機腦電測繪圖(Computer EEG Topography,CET)和腦電地形圖(BEAM)。

這些先進的腦電系統(tǒng)和技術(shù)，都需要手動將電極安置到被試者頭皮上，因此耗費很多時間，例如，在傳統(tǒng)腦電監(jiān)測中，放置20個標準電極則需要花費一個經(jīng)驗豐富的腦電專家20分鐘；在制作腦電地形圖時，通常需要花費4個技術(shù)人員45分鐘才能夠?qū)?28個電極放置到被試者頭皮上，這還不包括在準備或測試階段調(diào)整沒有貼合到頭皮上的電極的時間。

因此，可伸縮腦電帽應運而生，該腦電帽上已經(jīng)將電極安裝在預定位置。雖然可伸縮腦電帽為電極的放置節(jié)省了時間，但是仍然有很多明顯的限制。比如，腦電帽的可伸縮特性導致電極間的相對位置會發(fā)生變化，電極在使用之前已經(jīng)按比例進行了放置，但根據(jù)被試者頭型的不同，腦電帽電極的位置發(fā)生了相應變化，包括電極與頭皮位置的變化和電極與電極之間的相對位置變化。

已有人在專利中闡述了可伸縮腦電帽的這個缺點。腦電帽里有一個信號放大器和一些金屬或塑料的指狀電極。為了使得電極能夠與頭皮進行良好接觸，電極設(shè)置成易彎曲的。然而當帽子戴在頭上時，這些靈活的電極就會彎曲，使得電極之間產(chǎn)生相對移動，因此電極間的距離就會發(fā)生變化，使得記錄結(jié)果不準確。

可伸縮腦電帽的第二個缺點是：在某些情況下，例如頭部有外傷，尤其是頭骨有損傷的情況下，腦電帽是不適用的。腦電帽不好調(diào)控其對被試者頭骨的壓力，因其對被試者頭骨的壓力與其材料的彈性有關(guān)。一個頭骨大的人受到的壓力肯定比頭骨小的人受到的壓力要大。雖然設(shè)計不同大小的腦電帽可以緩解這個問題，但是可伸縮腦電帽對頭骨壓力的可調(diào)節(jié)性還是有限，這個問題依然存在，沒有解決。

因此，需要一個腦電帽能夠滿足以下要求：對任何大小的腦袋都適用，能夠提供準確的電極位置，易于使用，并且不需要手動放置電極。同時也需要腦電帽能夠容納更多的電極，以進行更細致的腦電分析。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是一個可充氣的多電極腦電帽，能夠有效的克服現(xiàn)有技術(shù)的限制和缺陷。

1.一種充氣式多電極腦電帽，包括頭盔外殼，其特征在于：還包括可充氣內(nèi)囊和一個內(nèi)囊充氣裝置，可充氣內(nèi)囊以下簡稱內(nèi)囊，內(nèi)囊粘貼大量多針電極，且能通過充氣裝置進行充氣，從而附著在頭盔外殼內(nèi)側(cè)；內(nèi)囊是一個整體覆蓋頭部的氣球狀結(jié)構(gòu)，或者是由多個管狀可充氣部分構(gòu)成；每一個多電針電極都有一個輸出，每一個多電針電極的每一個電針都有自己的導線，所有輸出匯集到一根電纜后輸出；這個電纜具有標準的多電針連接器，與標準腦電檢測和分析器連接起來。

2.進一步，內(nèi)囊或外殼為乳膠、塑料、橡膠、或是玻璃纖維制成。

3.進一步，每一個多針電極都配有多個光滑圓頭并帶有可伸縮電針用來接觸頭皮，能夠根據(jù)接觸部位的曲面自動調(diào)整伸縮。

4.進一步，內(nèi)囊充氣裝置包括的手動充氣裝置或者自動充氣裝置。5.進一步，還包括頭盔外殼外設(shè)置的銅網(wǎng)屏用于電磁屏蔽。

本發(fā)明具有一個透明且非常輕的頭盔式外殼和一個覆蓋頭部的可充氣內(nèi)囊或可覆蓋電極設(shè)置部的有多條管狀部分組成的充氣外囊條(圖)，內(nèi)囊或外囊條能夠容納大量(例如24,32,64,128，甚至更多)預置電極。

本發(fā)明的使用非常簡單。將頭盔放置在被試者頭部，使用空氣泵或類似裝置對內(nèi)(或外)囊進行充氣，直到電極能夠接觸被試者頭部。然后使用標準腦電設(shè)備進行腦電數(shù)據(jù)讀取。

每一個電極包括多個電針，多個電針組成梳子狀，能夠分開頭發(fā)直接接觸頭皮。多電針電極的底座與盤片電極具有類似的大小和形狀。每一個多電針電極都有一個輸出，所有輸出在頸后匯集到一根電纜后輸出。這個電纜具有標準的多電針連接器，能夠?qū)⑤斎肱c標準腦電檢測和分析器連接起來。多電針電極的每一個電針都有自己的導線，能夠得到更加復雜的腦電分析。

本發(fā)明有很多現(xiàn)有技術(shù)所沒有的優(yōu)勢：

其一，省時?？沙錃饽X電帽省去了人工在被試者頭皮上放置電極的時間，也省去了準備階段和測試階段調(diào)整電極的時間；

其二，靈活?？梢赃x擇監(jiān)控每一個多電針電極，甚至特定情況下電極中的每一根電針的腦電波形，來得到更準確詳細的腦電分析。

其三，收集到的信息量可調(diào)整。可充氣內(nèi)囊能夠使用任何數(shù)量的預置電極(128，甚至更多)，所有的電極信號反饋給頭盔基座上的一根電纜，效果遠遠好于現(xiàn)用的20個電極。

其四，電針有伸縮功能,用來構(gòu)成電極的電針采用可伸縮性電針,由于電針具有伸縮功能通過內(nèi)(外)囊充氣電極可以更好的接觸欲測量部位的頭皮，以確保腦電信號的質(zhì)量。

其五，在創(chuàng)傷情況下可用。內(nèi)(外)囊的充氣程度可以精確控制，從而保證帽子對頭骨產(chǎn)生合適的壓力而不會因為壓力太大影響到受傷部位，以得到準確的腦電數(shù)據(jù)。其六，本發(fā)明是用耐水材料做成的，容易進行消毒和殺菌。對于一次性應用，可以使用塑料電針鍍銅或鍍銀來降低成本廉價生產(chǎn)。

為了能夠?qū)崿F(xiàn)上述的效果及功能，本專利提供的實施例腦電帽，包括一個外殼、一個可充氣內(nèi)囊(能夠?qū)?nèi)囊附著到外殼上)或一付由多條可充氣的管狀部分組成的外囊(能夠?qū)⑼饽夜潭ǖ酵鈿ど?、一種給內(nèi)(外)囊充氣的工具、貼在充氣內(nèi)囊上的多電極。

上述一般性描述及下述詳細描述均為本發(fā)明的實施范例，旨在對本發(fā)明進行進一步說明。

附圖說明

圖1A，為可充氣腦電帽外殼的側(cè)視圖；

圖1B，為可充氣腦電帽內(nèi)囊的側(cè)視圖

圖1C，為可充氣腦電帽內(nèi)囊附著于外殼的側(cè)視圖；

圖1D，為可充氣腦電帽外囊固定于外殼的側(cè)視圖；

圖2A，為標準腦電電極位置俯視圖；

圖2B、2C，為制作多通道腦電地形圖時的電極位置俯視圖(2C為充氣管式設(shè)計)；

圖2D，2E為基于10％系統(tǒng)制作腦電地形圖時的電極位置俯視圖(2E為充氣管式設(shè)計)

圖2F，為標準腦電電極位置側(cè)視圖；

圖3A，為可充氣腦電帽多針電極的俯視圖；

圖3B，為可充氣腦電帽多針電極的側(cè)視圖；

圖4，為多針電極連接到一根導線上的透視圖；

圖5A，為制作腦電地形圖時第一種電針排布方案的俯視圖(左)與側(cè)視圖(右)；

圖5B，為制作腦電地形圖時第二種電針排布方案的俯視圖(左)與側(cè)視圖(右)；

圖5C，為制作腦電地形圖時第三種種電針排布方案的俯視圖(左)與側(cè)視圖(右)。

圖5D為圖5C的側(cè)視圖

圖5E電極針分組的形式

圖5F為圖5E的側(cè)視圖

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明中的附圖和具體實施方案對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細描述。

圖1A為可充氣腦電帽外殼的側(cè)視圖,其中外殼(10)展示整個頭盔外形, 顯而易見,10所示只是本發(fā)明頭盔外形的一個一般性實例,只要頭盔能夠貼合被試者的頭骨任何其他的頭盔外形的變化均可以視為屬于本發(fā)明的保護范圍.外殼(10)可以由許多種材料構(gòu)成，但輕量級耐用材料最好，例如聚苯乙烯塑料、硬橡膠或玻璃纖維。根據(jù)成本和可獲得性本領(lǐng)域其他人員可采用其他輕量級耐用的材料制作外殼，但均屬于本發(fā)明的保護范圍；外殼(10)可以是透明的(例如，透明聚苯乙烯)，當然不是必須。透明的外殼有利于腦電技術(shù)人員看到內(nèi)囊和電極，從而更方便的調(diào)整頭盔和內(nèi)囊的位置。

可選部件銅網(wǎng)屏(13)(為清晰起見，圖1A中只繪制了其中一部分)可以用于電磁屏蔽，從而使腦電檢測裝置能夠?qū)崿F(xiàn)超低噪聲電極信號輸出。

圖1A中，安全綁帶(11)為可選部件，可以根據(jù)鼻根和枕骨隆突來調(diào)節(jié)腦電帽與被試者頭部相匹配。連接電纜(12)在外殼(10)的后部。連接電纜的功能是將每個電極的導線聚集在一起，傳遞信號給腦電檢測設(shè)備。將所有電極導線聚集在一起能夠使得腦電帽的佩戴更容易，消除電極導線混亂糾纏的問題，更重要的是這樣可以減少電噪聲的發(fā)生。

圖1B中可以看到可充氣內(nèi)囊(14A)。這個內(nèi)囊(14A)是一個預置在頭盔內(nèi)部的類似氣球樣的裝置，它有一根連接到充氣工具(16)的管子，可以通過該充氣工具對內(nèi)囊進行充氣使其可以符合頭部形狀供被試者佩戴。

圖1B中的管狀充氣內(nèi)囊(圖1B右)是一個設(shè)置在頭盔外部的氣囊，不同于氣球樣內(nèi)囊(圖1B左)的是管狀充氣外囊并不覆蓋整個頭部，但是覆蓋所有需要設(shè)置電極的部分。管狀充氣內(nèi)囊也有一根連接到充氣工具(16)的管子，可以通過該充氣工具對內(nèi)囊進行充氣使其可以符合頭部形狀供被試者佩戴。電極(15)將在后面詳細闡述，這些電極事先被安置于充氣內(nèi)囊的內(nèi)側(cè)。

內(nèi)囊和管狀外囊(圖1B)可以由可膨脹的材質(zhì)來構(gòu)成，如較好的有彈性的薄橡膠膜或塑膠膜。圖1B中描述的充氣工具(16)與手動血壓計的氣球類似。任何合適的或類似的充氣裝置都可以應用于本項發(fā)明。此外，充氣裝置可由充氣筒等自動充氣裝置構(gòu)成。手動裝置會更有效的進行膨脹時的壓力控制。

圖1C闡明了內(nèi)囊(14)在頭盔(10)內(nèi)側(cè)表面上的附著點。附著點(17)可以是完全固定的也可以是可選擇性固定的。例如，內(nèi)囊可以完全粘在頭盔內(nèi)側(cè)上，也可使用可拆卸的(如魔術(shù)貼)的工具將內(nèi)囊固定在頭盔內(nèi)側(cè)。用可拆卸固定工具的好處在于便于內(nèi)囊的移動清洗及更換。

圖1D闡明了管狀外囊(14)在頭盔(10)外側(cè)表面上的附著點。附著點(17)可以是完全固定的也可以是可選擇性固定的。例如，管狀外囊可以完全固定在頭盔外側(cè)上，也可使用可拆卸的(如魔術(shù)貼)的工具將管狀外囊固定在頭盔外側(cè)。用可拆卸固定工具的好處在于便于管狀外囊的移動清洗及更換。

使用中，內(nèi)(外)囊通過充氣裝置可以完整地覆蓋被試者的頭部的需要測試區(qū)域。由于電極被預置在內(nèi)(外)囊(14)中，被膨脹內(nèi)(外)囊能夠在無需手動測量的情況下確保電極位置的準確性。

圖2顯示了多種電極在內(nèi)(外)囊(14)內(nèi)的標準配置方式。圖2A顯示了傳統(tǒng)腦電分析的20個記錄通道的電極配置方式。這種配置方式被廣泛地認知，稱為“10-20系統(tǒng)”，這個系統(tǒng)是以頭部的四個不同的特殊部位為標記，以10％和20％來進行測量(參照圖2D)。

圖2B、2C為多通道腦電的電極位置圖。這里有更多的追加電極可供提取更多的信息。在圖2B、2C中深色的電極‘a(chǎn)’與圖2A里標準配置的電極位置相同。淺色的

電極‘b’表示增加的電極。

圖2D、2E顯示了更多的電極在腦電配置的10％系統(tǒng)中的位置關(guān)系。所謂10％系統(tǒng)詳細說明如下：將頭部的前后相對距離(從鼻根到枕骨隆突之間的距離)視為100％，在10％系統(tǒng)中，電極之間的間隔為從鼻根到枕骨隆突之間的距離的10％。實際上適當?shù)脑黾与姌O的數(shù)量可以增加信號檢測的分辨率。圖2D、2E中的黑色圓圈‘a(chǎn)’表示與圖2A相同的標準電極配置圖，白色圓圈‘b’則表示增加電極。

在內(nèi)囊內(nèi)側(cè)可以放置任何數(shù)量的電極(如24 36 64 128或者更多)。并且既可以將電極按照標準方式進行安裝，也可以根據(jù)用戶需求安裝在適當?shù)奈恢蒙稀？煞胖秒姌O數(shù)量僅僅依存于電極的大小和內(nèi)(外)囊面積的大小，在確保電極可以采樣精準的情況下，電極數(shù)量的增減都是自由的。

圖3A和圖3B分別是多針電極(15)的正面圖和側(cè)面圖。如圖所示，電極(15)有多個相隔2mm的電針組成，電針被固定在一塊小的基盤上，12個電針所占的面積為1平方厘米。電極也可以適用單個電針。電極需要用鍍金的銅、橡膠、或塑料來構(gòu)成。為減少成本可使用空心針或細的銅針。電極針本身帶有伸縮性能可以根據(jù)被試者的顱骨形狀進行自動調(diào)整。上述電針排列和設(shè)置只是本發(fā)明的一個一般性實例,其他種類的電針排列及間隙設(shè)定均視為屬于本發(fā)明的保護范圍。

圖3所示，每個多電針電極只有一根輸出導線(32)，所有的輸出導線在頭盔(12)的后方匯到一根連接線并連接到與多針連接器(針端或孔段)相連的連接電纜上(參照圖1A)，或者直接通過2毫米針電極插線盒上。如之前所述這個設(shè)計可以節(jié)省很多測量腦電的時間，可以減少信號干擾及抑制噪音的產(chǎn)生。

為了能直接接觸到頭皮并不讓被試者產(chǎn)生不適或疼痛，電極上的電針(31)針頭將被制成平滑狀。電極針的方向如圖3A與圖3B所示，平滑的電極針頭，像梳子一樣分開頭發(fā)接觸頭部。這種設(shè)計既可以減少對頭皮的壓迫避免疼痛同時又可以增大電極針的傳導強度。因為電極針可以直接與頭皮相接處，所以并不需要腦電膏，而且汗液可以增強傳導強度。當然，腦電膏或噴霧可以用于提高記錄質(zhì)量。

圖4顯示了多電針電極(15)的立體圖，12個電針(31)被固定在模板(33)上與輸出線(32)連接(輸出比率為12：1)。

圖5A－5C示出了另外幾種多電針電極設(shè)計。為了能夠推測到電生理活動的發(fā)生源，需要122或者更多的通道。如圖5A所示，相隔3毫米的鍍金電針(51)布滿氣囊內(nèi)側(cè)。每個電極針(51)都有一根專屬輸出導線(52)(輸出比率1：1)。之前所述如圖3和圖4所顯示的是多個電極針最終匯成一根輸出導線。圖5A、5B、5C的黑色圓圈部分表示可記錄的活動電極區(qū)域。

這樣電極配置可以為高解析度的腦活動地圖繪制提供重要幫助。這種電極配置要比之前所說的10％系統(tǒng)的水準還要高。實際上，根據(jù)研究人員的需要及放大器的數(shù)量，腦地圖的精度可以達到5％或3％。當然也可以用于放大某個特定頭皮區(qū)域?qū)ζ溥M行細致分析。

在操作中，我們可以通過電腦操作來選取單個的電極針或幾個電極針組以獲得想要的通道數(shù)量和位置，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的通過手動在被試者頭上實際調(diào)整腦電記錄通道的數(shù)量或移動通道的位置。這些電極針組也可以通過將收斂連接器(如2：1或4：1)插在正規(guī)的1：1連接電纜之間來實現(xiàn)。

在圖5B中，電極的配置相比圖5A所給出的每隔一針一個活動電極的配置密度要有所降低。圖5E給出了電極針分組的形式，可以根據(jù)需要來將相關(guān)電極連接在一起(通過軟件控制的方式)。

在實際測試實驗中可充氣式腦電帽模式采集到的數(shù)據(jù)與常規(guī)方法記錄的腦電數(shù)據(jù)非常一致。

可充氣式腦電帽的測試實驗是在不使用腦電膏及不做頭皮預先處理的情況下，用常規(guī)配置得20個電極進行的。佩戴及內(nèi)(外)囊充氣過程只需要15到20秒，即可進行記錄，而常規(guī)的腦電帽則需要20分鐘的準備過程。使用多電針電極基本如圖3A與3B(輸出比率12：1)所示的一樣，為鍍金銅電針。

上述的裝置有諸多的好處，有一些已在之前討論過?？纱钶d大量的電極能夠保證提供足夠的輸出數(shù)據(jù)輸入到腦電記錄和分析系統(tǒng)中，來進行定量分析、高分辨率的腦活動地形圖繪制或者腦電的時間空間分析。此外，通過適當?shù)囊延械奶綔y裝置，可以調(diào)整和選取所需輸出而不需要手動調(diào)整位置或手動增減電極已達到腦電的高分辨率空間分布。

本發(fā)明可以設(shè)計三種不同型號以對應大人(直徑20厘米)、兒童(直徑16厘米)、和嬰兒(直徑12厘米)的不同需要。充氣式內(nèi)(外)囊可以保證與頭部緊密接觸及電極位置正確性。

另一個重要的優(yōu)點是，可膨脹電極帽可以為被試者的移動提供方便，被試者由躺著的狀態(tài)轉(zhuǎn)變成坐著的狀態(tài)，腦電帽位置也可以保持不變，而且該電極帽還允許被試者移動，唯一的限制是連接電纜的長度。

本發(fā)明有非常多的潛在應用，適用于重病特別護理、急救、救護車內(nèi)病情監(jiān)控等特殊場合；還可以用于睡眠相關(guān)的多個相關(guān)領(lǐng)域，包括覺醒、不眠、睡眠類型和階段；本發(fā)明還可以用于研究、診斷和監(jiān)控癲癇和昏迷等癥狀。此外還可以用于智力發(fā)展評估、測謊還有腦波分析。

本發(fā)明尤其適用于兒童的腦電測量，因為這個腦電帽可以克服兒童很難長時間配合傳統(tǒng)腦電測量準備工作的弱點。

本發(fā)明有非常多的好處?？梢詾椴∪颂峁┦孢m的佩戴感覺且低耗時；可以為醫(yī)生提供高水準的精確度和精確的腦電波數(shù)據(jù)；可以為醫(yī)院節(jié)省用來腦電測試準備工作的人工費用。

以上為該項發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來講，在不付出任何創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以獲得其他實施例，但均在本發(fā)明保護范圍內(nèi)。