專利名稱：生物信號檢測電極及配備其的生物信號檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種生物信號檢測電極及配備其的生物信號檢測裝置，該生物信號檢測電極被設計為在與人體或動物體的具有毛發的部位接觸時檢測生物信號。
背景技術：
通常，對諸如腦電圖和肌電圖的電信號(或者生物信號)進行分析，以了解人或者動物的健康狀況。對這些生物信號的測量通常是以與人體的被測部位接觸的測量電極的方式來完成的。如果被測部位是生長有毛發的部位，則將會出現皮膚與測量電極之間存在的毛發會阻擋它們之間的電接觸的情況。在這種情況下，現已開發了一種用于測量生物信號的裝置，其配備有一種在毛發存在的部位獲取生物信號的電極。例如，日本專利公開JP昭62-231621 (第3頁的右上部分和圖7)(以下稱作專利文獻1)公開了一種“用于腦電圖測量的頭戴式裝置”，其配備有成束的銀質配線的電極。該成束的銀質配線被電解液浸漬，并且該成束的銀質配線的電極與病人的頭部接觸。

發明內容
專利文獻1中所公開的成束的銀質配線的電極具有在接觸病人頭部時導致病人疼痛的缺點。而且，緊密成束的銀質配線阻礙了電極與存在頭發的頭皮完全接觸。上述內容促成了本發明，本發明旨在提供一種能夠在不被毛發阻礙的情況下與皮膚接觸的生物信號檢測電極。根據本發明的一實施方式，該生物信號檢測電極由旋轉部和多個電極端子組成。該旋轉部可旋轉地結合至能夠安裝在活體上的支撐部上。其具有結合至支撐部的第一面以及與第一面相對的第二面。該電極端子從旋轉部的第二面傾斜地伸出。根據前述結構，由于旋轉部的旋轉，相對于第二面傾斜伸出的電極端子將頭發移至一邊，而與皮膚良好地接觸。該旋轉部能夠以穿過第一和第二面的中心的直線為軸旋轉。電極端子被布置為關于該軸旋轉對稱。此外，電極端子的從第一面到它們的末端的長度完全或近似相等。如上構造的電極端子由于具有被均勻定位的末端并且使得它們的接觸壓力均勻分布而與皮膚完全接觸。電極端子可由浸漬有電解液的液體保持材料形成。采用前述結構，由于在與皮膚機械接觸時電極端子允許電解液從其滲出，所以電極端子獲得了與皮膚的良好電接觸。電極端子可由任何彈性材料形成。如此形成的電極端子與皮膚的形狀保持一致地變形，從而緊密地接觸皮膚。根據本發明的一個實施方式，生物信號檢測裝置由支撐部、旋轉部和電極端子組成。該支撐部用于將生物信號檢測裝置結合至病人身體。該旋轉部可旋轉地安裝在支撐部上，其具有固定至該支撐部的第一面以及與第一面相對的第二面。該電極端子傾斜地從旋轉部的第二面伸出。傾斜地從第二面伸出的電極端子將頭發移至一邊以與皮膚完全接觸。上述生物信號檢測裝置可以還具有用于轉動旋轉部的驅動機構，以及響應于電極端子的接觸電阻來控制驅動機構的控制單元。該控制單元確定電極端子與皮膚之間的接觸程度，并且根據確定結果來控制旋轉部的旋轉，這自動地確保了電極端子和皮膚之間的良好接觸。如上所述，本發明提供了一種能夠將毛發移至一邊以與皮膚接觸的生物信號檢測電極。


圖1是示出根據本發明第一實施方式的生物信號檢測裝置的透視圖；圖2是示出同上所述的生物信號檢測裝置的頭頂部電極的透視圖；圖3是示出同上所述的生物信號檢測裝置的移除了所結合的支撐體的頭頂部電極的透視圖；圖4A和圖4B分別是示出同上所述的生物信號檢測裝置的頭頂部電極的電極端子結構的平面視圖和側視圖；圖5是示出同上所述的生物信號檢測裝置的頭頂部電極的電極端子之一的結構的截面圖；圖6是說明同上所述的生物信號檢測裝置的功能結構的框圖；圖7是說明生物信號檢測裝置的信號處理單元的電路結構的框圖；圖8是說明根據本發明第二實施方式的生物信號檢測裝置的功能結構的框圖；和圖9是示出同上所述的生物信號檢測裝置的操作的流程圖。
具體實施例方式(第一實施方式)以下描述第一實施方式。[生物信號檢測裝置的結構]圖1是示出根據本發明第一實施方式的生物信號檢測裝置1的透視圖。生物信號檢測裝置1具有支撐于病人頭部的頭帶21。頭頂部電極22、頭枕部電極23、右眼電(electro-ocular)電極Μ、左眼電電極25、右參考電極沈、左參考電極27以及殼體四與頭帶21連接。頭帶21是一種從病人的前額延伸到病人的頭頂部和頭枕部的部件。其采用弧形以適合于病人的頭部。此外，頭帶21利用其彈力保持于病人的頭部。頭帶21具有四個臂部21a，分別支撐右眼電電極M、左眼電電極25、右參考電極沈和左參考電極27，頭帶21的形狀可適當地變化。
頭頂部電極22接觸病人的頭頂部，頭枕部電極23接觸病人的頭枕部。頭頂部電極22和頭枕部電極23用于測量病人的腦電圖(EEG)。由于它們被放置在病人的存在頭發的部位上，因此需要使它們與頭皮直接接觸(頭發被移到一邊)，以使它們能夠有效地獲取EEG0它們的用于達到此目的的結構將在后面描述。右眼電電極M接觸病人的右太陽穴，且其是由導電材料制成的平板電極。其結合至當病人戴上生物信號檢測裝置1時從頭帶21延伸到病人的右太陽穴的臂部21a上。類似地，左眼電電極25接觸病人的左太陽穴，且其是由導電材料制成的平板電極。其結合至當病人戴上生物信號檢測裝置1時從頭帶21延伸到病人的左太陽穴的臂部21a上。右眼電電極M和左眼電電極25用于測量病人的眼球運動。右參考電極沈接觸病人的耳垂背側，且其是由導電材料制成的平板電極。其結合至當病人戴上生物信號檢測裝置1時從頭帶21延伸到病人右耳的臂部21a。其具有耳垂夾持器^a，該耳垂夾持器26a在被定位在耳垂的前方時與右參考電極沈一起夾持耳垂。類似地，左參考電極27接觸病人的耳垂背側，且其是由導電材料制成的平板電極。其結合至當病人戴上生物信號檢測裝置1時從頭帶21延伸到病人左耳的臂部21a。其具有耳垂夾持器27a，該耳垂夾持器27a在被定位在耳垂的前方時與左參考電極27 —起夾持耳垂。殼體四以允許病人容易地佩戴生物信號檢測裝置1的方式結合至頭帶21。其包含諸如處理器、存儲器和通訊接口的電子組件。頭帶21和臂部21a設置有配線(未示出)，用于連接電極和電子組件。[頭頂部電極和頭枕部電極的結構]下面詳細描述頭頂部電極22和頭枕部電極23，由于這些組成部分結構相同，因此僅限于描述前者。圖2是示出頭頂部電極22的結構的透視圖。頭頂部電極22由基座30、4個電極端子31和支撐體32組成。基座30連接至頭帶21，電極電子31安裝在基座30上。此外，基座30上的支撐體32部分地覆蓋電極端子31。圖3是示出移除了支撐體32的頭頂部電極22的透視圖。基座30是由導電材料制成的平面部件，其被可旋轉地支撐在頭帶21上，從而病人可轉動頭頂部電極22。或者，如稍后所述，基座30也可被設計為通過旋轉驅動器(諸如電機)或機械動力源來使其轉動。當基座30相對于頭帶21轉動時，頭頂部電極22相對于頭帶21整體轉動，基座30具有用于與包含在殼體四中的電子組件連接的配線(未示出)。支撐體32被固定至基座30，以至少露出各電極端子31的頂端的方式覆蓋電極端子31。支撐體32由諸如聚氨酯的柔性材料制成。其可采用任何形狀，如圓柱形和截錐形。旋轉部35由基座30和支撐體32組成。相對于頭帶21，其與電極端子31 —起旋轉。其具有第一面35a (遠離頭帶21)和第二面35b (接觸頭帶21)。其旋轉所圍繞的軸是連接第一面35a的中心和第二面35b的中心的直線，該線由圖2中的L表示。電極端子31是形成在基座30上的棒狀部件。圖4A和圖4B是示出電極端子31的結構的頂視圖和側視圖。在本實施方式中有4個電極端子31，然而，其數量也可以改變成3個，或5個以上。電極端子31關于軸(或線L)旋轉對稱排列(在第二面3 上)。更具體地，電極端子31朝著它們的頂端所在的平面以某一角度傾斜。傾斜的方向可以是頭頂部電極22轉動的方向。順便提及，頭頂部電極22可以沿著順時針方向和逆時針方向中的任一方向旋轉，但是電極端子31應當僅沿著一個方向傾斜。電極端子31被構造為使得它們從第一面35a到它們的末端具有完全相等或近似相等的距離。由于這種結構，電極端子31具有均勻地位于一個平面上的末端，并且當生物信號檢測裝置1接觸病人的頭部時，電極端子均勻地接收應力。電極端子31以相同的角度傾斜的這個事實使得它們保持以近似相等的角度與皮膚接觸，這確保了它們與皮膚的有效接觸。電極端子31被構造為如圖5 (其為截面圖)所示。電極端子由芯33和覆蓋芯33的液體保持部34組成。芯由諸如金屬和塑料的堅硬的材料構成，液體保持部34由能夠保持液體的任何材料制成，如毛氈(felt)、硬毛氈、毛氈筆芯(pen refill)、壓縮纖維塑料和多孔塑料。液體保持部34浸漬有電解液，如按照30 70混合的生理鹽水(含的氯化鈉)和甘油。當芯33和液體保持部34由適當的材料形成時，電極端子31將具有彈性，從而使得它與緊密接觸的物體一致地發生變形。頭頂部電極22的上述結構也適用于頭枕部電極23。頭頂部電極22和頭枕部電極23均被可旋轉地支撐在頭帶21上。它們能由病人的手或安裝在頭帶21上的諸如電機(未示出)的驅動機構來轉動。驅動機構可以是一種當將其按向頭帶21時能產生旋轉運動的驅動機構。盡管根據本實施方式的生物信號檢測裝置1原本被設計為安裝在病人頭部，但其也可以被安裝在長有毛發的任何其他部位。而且，其也可用于其他任何長有毛發的動物。在這種情況下，根據其被運用的對象，對生物信號檢測裝置1進行形狀上的適當修改。順便提及，根據本實施方式的生物信號檢測裝置1可令人滿意地用于人和動物的任何無毛部位。[生物信號檢測裝置的功能結構]圖6是說明該生物信號檢測裝置1的功能結構的框圖。如圖6所示，生物信號檢測裝置1由頭頂部電極22、頭枕部電極23、右眼電電極對、左眼電電極25、右參考電極沈、左參考電極27、信號處理單元40和通訊接口(IF) 41組成。最后兩個組件是包含在殼體四中的電子組件，如處理器和存儲器。頭頂部電極22、頭枕部電極23、右眼電電極24、左眼電電極25、右參考電極沈和左參考電極27通過結合至頭帶21上的配線連接到信號處理單元40，信號處理單元40連接到通訊接口 41。信號處理單元40被典型地構造為如下所述。圖7是說明信號處理單元40的電路結構的框圖。如圖7所示，信號處理單元40由運算放大器42、濾波器43、A/D轉換器44、分析器45和存儲器46組成。運算放大器42連接到頭頂部電極22、頭枕部電極23、右眼電電極對、左眼電電極25、右參考電極沈和左參考電極27。運算放大器42、濾波器43、A/D轉換器44、分析器45、存儲器46和通訊接口 41逐個地順次連接。運算放大器42放大頭頂部電極22與右參考電極沈之間以及頭枕部電極23與左參考電極27之間的電勢差(作為生物信號)。這樣，放大的生物信號被送到濾波器43，該濾波器去除其中所設定的頻帶之外的信號分量，并將其余信號分量送到A/D轉換器44。濾波器43中設定的頻帶包括δ波(1 3Ηζ)、θ波(4 7Ηζ)、α波(8 13Hz)、β 波(14 30Ηζ)、γ 波(31 64Ηζ)、ω 波(65 U8Hz)、P 波(1 512Hz)禾Π σ 波(513 1024Hz)。這些頻帶中的全部或部分被設定在濾波器43中，以作為測量用的頻帶。A/D轉換器44將生物信號轉換成數字信號，并將轉換后的信號送到分析生物信號的分析器45。分析處理包括睡眠等級(表示病人睡眠的程度)的確定。分析器45在存儲器46中存儲生物信號和分析結果，然后把它們通過通訊接口 41傳送出去。前面是對生物信號檢測裝置1的結構的描述。順便提及，上述結構可以有用于從病人的除了上述部位之外的部位獲取生物信號的其他電極。[生物信號檢測裝置的操作]生物信號檢測裝置1結合至病人身上用于操作，它不僅可以用于人，也可以用于動物(特別是有毛發的動物)。在操作過程中，頭頂部電極22和頭枕部電極23在被壓向病人頭部的同時旋轉，這種旋轉可通過病人或結合至生物檢測裝置上的驅動機構來獲得。均處于旋轉運動的頭頂部電極22和頭枕部電極23使得它們的端子31將頭發移到一邊從而端子可以直接接觸頭皮。旋轉運動可以是一圈(或更多)或半圈。電極端子31可傾斜地將頭發移至一邊從而使得它們容易地接觸皮膚。而且，由于它們由彈性材料制成，所以接觸頭皮不會導致疼痛，并且由于它們浸漬有電解液，因此可獲得與頭皮之間的良好的電接觸。上面描述的是頭頂部電極22和頭枕部電極23獲得與病人頭皮接觸的方法。右眼電電極M和左眼電電極25直接與病人的無毛發皮膚接觸。各電極獲取生物信號，并將它們送到信號處理單元40，信號處理單元處理生物信號，并將處理過的信號通過通訊接口 41送出到外部裝置。[第二實施方式]以下描述第二實施方式。順便提及，在第一和第二實施方式中相同的結構用相同的參考標號來表示，不再重復解釋。[生物信號檢測裝置的功能結構]圖8是說明根據本發明第二實施方式的生物信號檢測裝置的功能結構的框圖。如圖8所示，生物信號檢測裝置101是基本上相同的結構，但另外具有旋轉頭頂部電極22的驅動機構102、旋轉頭枕部電極23的驅動機構103以及用于對驅動機構進行控制的驅動機構控制單元104，該驅動機構控制單元104連接到信號處理單元40，并且還連接到驅動機構102和103。驅動結構102(可為電機)使頭頂部電極22相對于頭帶21旋轉。同樣地，驅動機構103(可為電機)使頭枕部電極23相對于頭帶21旋轉。驅動機構控制單元104控制施加到驅動機構102和103上的電力，從而控制頭頂部電極22和頭枕部電極23的旋轉，它可以依靠包含在殼體四中的電子組件(如處理器)的功能。[生物信號檢測裝置的操作]圖9為示出生物信號檢測裝置101的操作的流程圖。在步驟Stl中，隨著生物信號檢測裝置101被安裝至病人頭部，驅動機構控制單元104使驅動機構102和103旋轉通過預定角度。在步驟M2中，驅動機構控制單元104測量頭頂部電極22和頭枕部電極23的接觸電阻，例如，該接觸電阻可通過電壓下降法(fall-off-potential method)測量。在步驟St3中，在這樣測量得到的接觸電阻和預先建立的閾值之間進行比較，如果比較結果是“是”或者前者小于后者，步驟St3繼續到步驟^4。這個結果表明頭頂部電極22和頭枕部電極23的端子31與病人的頭皮接觸良好。在步驟St4中，生物信號檢測裝置101以與第一實施方式相同的方式測量生物信號。如果步驟乂3中的比較結果是“否”或者接觸電阻大于閾值，驅動機構控制單元104確定頭頂部電極22和頭枕部電極23的端子31與病人頭皮接觸不好。在這種情況下，流程返回到步驟M1，從而驅動機構控制單元104使驅動機構102和103再次旋轉。接著重復后續步驟St2和M3，從而測量頭頂部電極22和頭枕部電極23的接觸電阻，重復旋轉頭頂部電極22和頭枕部電極23，直到接觸電阻變得小于閾值或者電極端子31與頭皮接觸良好。以這種方式，生物信號檢測裝置101自動使得電極端子31與頭皮接觸良好。本發明不限于上述實施方式，而是可在其范圍內進行各種變化和改變。本發明包含于2010年11月25日向日本專利局提交的日本在先專利申請JP2010-262978所公開的相關主題，其全部內容以參考的方式結合于此。
權利要求
1.一種生物信號檢測電極，包括旋轉部，可旋轉地結合在可安裝在活體上的支撐部上，且具有連接到所述支撐部的第一面以及與所述第一面相對的第二面；以及多個電極端子，以從所述旋轉部的所述第二面傾斜地伸出的方式結合至所述旋轉部。
2.根據權利要求1所述的生物信號檢測電極，其中，所述旋轉部能夠圍繞穿過所述第一面的中心和所述第二面的中心的直線旋轉，所述電極端子被布置為關于穿過所述第一面的中心和所述第二面的中心的直線旋轉對稱，且所述電極端子從所述第一面伸出完全相等或近似相等的距離。
3.根據權利要求2所述的生物信號檢測電極，其中，所述電極端子由浸漬有電解液的液體保持材料制成。
4.根據權利要求3所述的生物信號檢測電極，其中，所述電極端子由彈性材料制成。
5.根據權利要求1所述的生物信號檢測電極，其中，所述電極端子由芯和覆蓋所述芯的液體保持部組成。
6.一種生物信號檢測裝置，包括支撐部，能夠被安裝在活體上；旋轉部，可旋轉地安裝在所述支撐部上，且具有連接至所述支撐部的第一面以及與所述第一面相對的第二面；以及多個電極端子，相對于所述旋轉部的所述第二面傾斜地伸出。
7.根據權利要求6所述的生物信號檢測裝置，還包括驅動機構，用于旋轉所述旋轉部；以及控制單元，響應于在所述電極端子處檢測到的接觸電阻來控制所述驅動機構。
全文摘要
本發明公開了一種生物信號檢測電極及配備其的生物信號檢測裝置，該生物信號檢測電極包括旋轉部和多個電極端子。該旋轉部可旋轉地結合在可安裝在活體上的支撐部上，并且具有連接至該支撐部的第一面以及與第一面相對的第二面；該多個電極端子以從旋轉部的第二面傾斜地伸出的方式結合至旋轉部。
文檔編號A61B5/0476GK102551700SQ20111036338
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月16日 優先權日2010年11月25日
發明者山下志功 申請人:索尼公司