CN102596021A - 用于在用户的头皮上放置电极的装置 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于在用户的头皮上放置电极的装置（1）。它包括壳体（3），例如头戴式耳机装置的顶梁，该顶梁可以安置在用户头部周围。放置弹性元件（11）和多个电极，使得一旦壳体（3）被安置在用户头部周围，该弹性元件（11）至少部分地遵循用户头部的曲率。由于通过将壳体安置在用户头部周围而使得拉伸弹性元件（11）所导致的该弹性元件（11）中的应力使得弹性元件（11）将压力施加在朝向头皮的多个电极的至少一些上。因此，利于多个电极与头皮的有效接触。

Description

用于在用户的头皮上放置电极的装置

背景技术

本发明涉及测量脑电活动的领域且更具体地涉及为此目的而将电极放置在用户的头皮上。

为测量脑电活动，需要具有与用户的头部接触的电极的装置。这种装置被公知用于提供医学诊断，例如用于脑电图描记法（EEG）。在应用EEG电极方面的主要挑战是获得与头皮的低阻抗的接触。在临床测量中，这通常使用具有集成的涂覆Ag/AgCl的金属杯的弹性帽来完成。通常通过去油和常常附加的磨损（即，去除头皮的干的顶层）来制备这些杯下面的皮肤。之后使用凝胶来填充这些杯。这保证了与更深皮肤层的低欧姆接触以及从身体中的离子电流到测量系统中的电子电流的“转换”。使用导电凝胶也部分地解决了由于人与人的头发层厚度的变化而导致的金属接触和皮肤之间的距离变化的问题。

对于非医学的应用诸如运动和生活方式消费产品，使用这些种类的“湿”电极并执行对它们的功能来说必要的皮肤制备并不实用。存在许多针对实现“干”电极的解决方案和调查研究。

WO00/45701公开了这种“干”电极解决方案。它公开了一种帽子，该帽子包括前额垫、连接至前额垫的基底带组件、用于容纳EEG电极的多个EEG电极定位器以及连接至材料的前垫、基底带组件并连接至多个EEG电极定位器的多个定位器带，所述多个定位器带用于精确放置相对于用户的头皮放置的多个EEG电极定位器。可以将帽舌附连至材料的前垫，且基底带组件可以包括枕骨定位器装置。还提供了具有用于可选地分开用户头皮的头发的可涂抹手指的活塞组件，其被插入电极定位器中以可选地制备（prepare）用户的头皮并使电极就位。然而，根据该公开的帽子要求用户推动每个活塞组件与头皮接触。因此，每次戴上或脱下帽子时，用户需要将活塞组件重置至初始位置。

发明内容

提供一种用于在用户的头皮上放置电极的装置将是有利的，该装置的使用更加容易。

为了更好地解决这种问题，根据本发明的一个方面，提供了一种用于在用户的头皮上放置多个电极以测量脑电活动的装置，该装置包括：

- 被配置为至少部分地在用户头部周围安置的单元；以及

- 在该单元内侧的至少一个弹性元件。

该单元也可以用术语“壳体”来描述，而不暗示关于该装置的构造的任何限制。

该装置进一步包括被配置为放置该弹性元件和电极的放置布置，使得一旦围绕用户头部安置该壳体，该弹性元件至少部分地遵循（follow）用户头部的曲率。通过将该壳体安置在用户头部周围而反过来导致的由于对其拉伸而产生的弹性元件中的应力，导致该弹性元件将压力施加在朝向头皮的多个电极的至少一些上，因此利于该多个电极与头皮的有效接触。因此，无需该装置的用户的手动调整或任何外部机构以施加使电极与头皮有效接触所需的压力。

该多个电极可以是该装置的一部分或者它们可以被提供为必须由用户安装到该装置的外部元件。

根据本发明的一个实施例，所述多个电极被安装在柔性表面上。这允许各个电极在不同的方向上以灵活的方式移动。在所述多个电极被分在多个阵列中的情况下，使得电极能够遵循头皮的曲率以实现包括尽可能多电极的所需的与头皮的接触。

壳体可能具有头带的形状且是坚实的材料。它例如是头戴式耳机装置的一部分。弹性元件可以是弹性带。

根据本发明的另一个实施例，放置布置进一步包括位于弹性带（band）内侧的放置带（strap），该放置带固定至多个柔性表面。该放置带包括开口，一旦该壳体安置在用户头部周围，当（多个）弹性带将压力施加在电极上时，电极穿过该开口而伸出。因此，电极在头皮上的位置被可靠地限定，并能够尽可能靠近由国际10/20系统（International 10/20 System）限定的位置而被定位，国际10/20系统是本领域公知的作为放置EEG电极的标准。壳体的重量很大程度上限定了放置带中的“应力”，但对头皮上的电极的压力没有影响。由掠过柔性表面的单独的弹性带将该力设置在舒适的水平上，电极安装在该柔性表面上。

在壳体是头戴式耳机装置的顶梁的情况下，当壳体被安置在用户的头部周围时，放置布置可以包括用于将放置带的末端倚靠用户的耳廓进行投影的两个投影元件。这样，可以通过头戴式耳机将耳朵用作机械参考。

为应对头部尺寸和形状的变化，放置带可以分为多个部分，所述多个部分由一个或多个弹性连接器相互连接。

根据可替换的实施例，放置布置对于每个柔性表面而言进一步包括连接至壳体内侧的单独的投影单元。结果是简单的结构，以在头皮上的正确位置处放置多个电极。

在其中嵌入电极的柔性表面可以是低粘度橡胶垫，其对于该目的而言是非常适合的选项。对于阵列的电极的电连接，可以使用金属箔。对于电连接的可替换的解决方案是使用导电橡胶。

根据又一个实施例，电极是具有要与头皮接触的圆形末端的金属针。该圆形末端利于针容易地穿过头发束到达皮肤（头皮）并有助于给予针和皮肤之间的头发自由度以“转”开。利用该形状，也不存在可能发生在现有技术的干电极装置中所使用的锐利边缘中的刺激。由于针在相对软的皮肤上的（低的）压力，增加了末端周围的接触面积。这甚至进一步降低了接触电阻。

根据再一个实施例，电极的长度大于4mm且小于7mm。这样，该结构对于较厚的头发层在很大程度上是不敏感的。这是“梳子或刷子”原理。

金属针电极可以镀金以确保至皮肤的惰性界面而没有由于来自汗水的盐而导致的可能的腐蚀问题，而且其是好清洁的。金（诸如例如白金）也是非过敏的（non allergic）。适于作为接触材料的其他接触材料是碳和若干导电聚合物。其他金属诸如镍、铬和铜由于健康风险而不太合适。目前所使用的用于测量脑活动的电极的接触材料，诸如具有氯化银涂层的银和锡，尽管原则上可用于该目的，但可能在一段时间后具有腐蚀问题。诸如不锈钢和铝之类的材料具有减小与皮肤的导电率的自然氧化层。包含聚合物或陶瓷的离子，尽管原则上可用于该目的，但可能随着时间过去和由于清洗而失去它们的导电性。

本发明的这些和其他方面根据以下描述的实施例将是清楚明白的，并且将参照所述实施例进行阐述。

附图说明

通过参考以下的附图，结合伴随的详细说明，本领域技术人员将更好地理解本发明，以及本发明的多个目的和优点将变得更加清楚，其中：

图1示出了根据本发明第一示范性实施例的装置。

图2示出了图1的装置的某些电极的阵列、放置带和弹性带的正视图。

图3示出了图1的装置的放置带和弹性带的顶视图。

图4示出了图1的装置中使用的橡胶垫中嵌入的电极的阵列的正视图。

图5示出了与用户的头皮接触的图4的电极阵列。

图6示出了图4的橡胶垫和电极的上部视图。

图7示出了图4的电极阵列的电连接。

图8示出了根据本发明第二示范性实施例的装置。

图9示出了图8的装置中电极阵列的安装原理的放大视图。

贯穿附图，相同的附图标记指代相同的元件。

具体实施方式

图1示出了根据本发明第一示范性实施例的用于在用户的头皮上放置电极以测量脑电活动的装置1。该装置是包括由坚固而柔性的材料制成并具有头带的形状的顶梁3（在该说明书中也称为“单元”或“壳体”）以及耳机5的头戴式耳机。该装置进一步包括由两个投影元件7和放置带13组成的放置布置。投影元件7用于将多个嵌入柔性表面10的电极阵列9（在本说明书中也称为“干电极结构”）、弹性元件（带）11和放置带13放置在壳体3的内侧。当该壳体安置在用户头部周围时，两个投影元件7将放置带13的末端倚靠用户的耳廓14投影。小弹簧16被放置在放置带的内侧。弹性带11的末端还固定至投影元件7的靠近放置带13的末端固定至投影元件7的点上。放置带13用于将电极阵列放置在头皮上的预定位置处。借助固定15将其固定至所述多个柔性表面10，如图2和3中所示。它包括具有约15mm直径的开口17，当弹性带11将压力施加在电极上时，阵列9的电极穿过所述开口而伸出。为应对头部尺寸和形状的变化，放置带13被分为在其间具有连接弹性带19的两半，以保证与整个圆周上的头皮的良好机械接触。通过尽可能靠近国际10/20系统的T3/T4位置的放置带两半的负载了弹簧的固定点来设置两个电极阵列的参考电极位置。放置带的两半借助于主要的头戴式耳机夹具将耳朵作为机械参考。放置在根据国际10/20系统的C3和C4处（根据国际10/20系统，C3-C4是指用于获得头部后部区域中的活动的中心位置）的感测电极阵列被固定在两个放置带部分的另一个末端。这样，用户仅通过以通常的方式将头戴式耳机戴上，在一个简单动作中所有电极阵列就被放置在它们的正确位置内。

由于将用户头部塞入壳体中（其向上推动放置带13和弹性带11）而反过来引起的拉伸弹性带而导致在该弹性带上的应力的缘故，弹性带11将电极阵列压在用户的头皮上，导致电极与头皮的有效接触。

最终附加的（主动（active））身体接地电极，通常为腕（带）电极，可以添加在头顶的中间（EEG Cz位置）。身体接地电极典型地用在放大器中用于生物信号测量以提高信号质量。

可以集成在头戴式耳机中或外部装置中的布线和电子设备没有描绘在图1-3中。

现在参考图4-7，描述了实现电极的阵列9的示范性实施例。电极20是具有约1mm直径的镀金金属针，并相互以它们的中心轴之间2.5mm的距离放置。这些针具有圆形（半球形）末端21。它们被嵌入柔性表面（橡胶垫）中，该柔性表面由2mm厚、低粘度的硅橡胶制成。这使得该结构遵循头皮23的曲率以产生所需的包括尽可能多的针的与皮肤的接触，如图5所示。针的未嵌入橡胶垫的部分的针长约为5mm。这些针被相互电连接并电连接至缆线25，该缆线25借助例如铜的薄金属箔27连接至电子电路。使用连接至缆线10的主动屏蔽的薄金属箔29覆盖整个阵列构造。可替换地，导电橡胶可以用作电极的基底。

测试图1-7中所示的装置的测试结果示出了，该干电极可以测量：

- 睁眼相对于闭眼的α（alpha）活动的差别以及

- 放松相对于智力活动的差别（α去同步）。

现在参考图8-9，描述用于在用户的头皮上放置电极以测量脑电活动的装置1的第二示范性实施例。该第二示范性实施例采取将电极阵列9独立安装在顶梁上。图8中描绘了四个电极阵列9的放置。在图9中详细描绘和放大了它们之一的安装布置30。具有类似于用于普通头戴式耳机装置顶梁的典型设计的头带形状的坚固（塑料）壳体3被用作支座。在壳体3的内侧上，对于每个电极阵列9安装了由两个支撑电极的投影元件7组成的投影单元。

安装电极阵列的可替换的方式是可能的，例如使用两个横向于图8中描绘的投影元件的附加的投影元件或使用由顶梁3支撑的圆柱形投影元件。

借助可由例如橡胶或织物制成的弹性带，将柔性的干电极结构附连至投影元件。用于电极安装的柔性表面可以是弹性垫，柔性干电极结构放置在该弹性垫上，类似于图1-3中描绘的实施例。该弹性垫被固定至连接到两个投影元件7的弹性带。在另一实施例中，借助两个弹性带31实现安装，每个弹性带31将柔性干电极结构的一侧连接至投影元件7，如图9所示。因此，在该情况下，柔性表面10（弹性垫）安装在两个弹性带31之间。在使用另一对投影元件的情况下，可以如同对于第一对一样的方式来完成第二（对）弹性带的安装。

包括圆柱形投影元件的实施例具有支撑干电极结构的径向弹性带。而且，安装在圆柱形投影元件底部的椭圆形状的弹性元件可以替代弹性带用于保持干电极结构。

尽管在所述附图和前面的描述中已经详细地图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是说明性或示例性的，而不是限制性的；本发明并不限于所公开的实施例。

在这一点上应当注意，替代电极阵列，可以使用安装在弹性带上的单独电极。此外，该装置可以是除了头戴式耳机外的其他东西，例如（发箍）带、帽子、头盔、眼镜等。电极也可以用于测量ECG、EMG和EOG。

本领域技术人员在实施要求保护的本发明时，根据对于所述附图、本公开以及所附权利要求书的研究，能够理解并实施所公开实施例的其他变型。在权利要求书中，措词“包括”并没有排除其他的元件或步骤，并且不定冠词“一”并没有排除多个。在相互不同的从属权利要求中陈述特定技术措施的纯粹事实并不意味着这些技术措施的组合不可以加以利用。权利要求书中的任何附图标记都不应当解释为对本发明的范围的限制。

Claims (15)

1.一种用于将多个电极（20）放置在用户的头皮（23）上以测量脑电活动的装置（1），该装置包括：

- 被配置为至少部分地在用户头部周围安置的单元（3）；以及

- 在所述单元内侧的至少一个弹性元件（11）；

其中该装置进一步包括配置为放置该弹性元件和所述电极的放置布置（7，13），使得一旦将该单元安置在用户的头部周围，该弹性元件至少部分地遵循用户的头部曲率，并使得由于将该单元安置在用户头部周围而导致的对其拉伸而产生的在该弹性元件中的应力导致该弹性元件将压力施加在朝向头皮的多个电极的至少一些上，因此利于所述多个电极与头皮的有效接触。

2.根据权利要求1所述的装置，其中该装置进一步包括所述多个电极（20）。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述多个电极安装在柔性表面（10，31）上。

4.根据权利要求2所述的装置，其中所述多个电极被分为若干电极阵列（9）。

5.根据权利要求3所述的装置，其中所述壳体具有头带的形状且其中所述弹性元件是弹性带。

6.根据权利要求5所述的装置，其中所述放置布置进一步包括在所述弹性带内侧的放置带（13），其被固定至多个柔性表面，该放置带包括开口（17），当将所述单元安置在用户头部周围时，电极穿过所述开口（17）而伸出。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述壳体是头戴式耳机装置的顶梁，且其中所述放置布置包括两个投影元件（7），当该单元被安置在用户头部周围时，这两个投影元件（7）用于将放置带的末端倚靠用户的耳廓（14）投影。

8.根据权利要求6所述的装置，其中所述放置带被分在多个由一个或多个弹性连接器（19）相互连接的部分中。

9.根据权利要求3所述的装置，其中所述放置布置对于每个柔性表面进一步包括连接至所述单元的内侧的单独的投影装置。

10.根据权利要求3所述的装置，其中至少一些所述柔性表面是橡胶垫（10）。

11.根据权利要求10所述的装置，其中所述橡胶是导电的。

12.根据权利要求4所述的装置，其中借助金属箔（27）将至少一个阵列的电极相互电连接。

13.根据权利要求2所述的装置，其中所述电极是具有圆形末端（21）的金属针以与头皮接触。

14.根据权利要求13所述的装置，其中所述电极是镀金的。

15.根据权利要求2所述的装置，其中所述电极的长度大于4mm且小于7mm。

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