專利名稱：生物信號(hào)處理裝置、腦電圖儀和生物信號(hào)處理方法
生物信號(hào)處理裝置、腦電圖儀和生物信號(hào)處理方法技術(shù)領(lǐng)域
本公開涉及判定生物表面和電極之間的電氣連接狀態(tài)的生物信號(hào)處理裝置、腦電圖儀和生物信號(hào)處理方法。
背景技術(shù)：
從過去，已經(jīng)廣泛進(jìn)行通過在生物表面的測(cè)量部位上放置的電極獲得生物信號(hào)， 諸如腦電波和肌源性電位。這里，電極和生物表面需要彼此電氣連接。然而，存在這樣的問題，即例如由于存在頭發(fā)等和生物表面形狀的不均勻性，所以難以保持電極和生物表面處于適當(dāng)?shù)倪B接狀態(tài)。此外，關(guān)于電氣連接狀態(tài)的判定，不僅存在容易判定例如由于生物體的運(yùn)動(dòng)等發(fā)生的電極的脫離的情況，而且存在難以判定例如頭發(fā)的干預(yù)的情況。
鑒于此，例如已經(jīng)考慮檢測(cè)檢測(cè)腦電波信號(hào)的電極和頭皮之間的電氣連接狀態(tài)的裝置。日本專利申請(qǐng)公開第2006212348號(hào)(在下文中被稱為專利文獻(xiàn)I)描述了用于檢測(cè)腦電波電極的接觸的裝置。該裝置包括靠近與頭皮保持接觸的腦電波電極而設(shè)置的線圈。 根據(jù)在將電流施加到各個(gè)線圈時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流是否通過各個(gè)腦電波電極流到頭皮，該裝置檢測(cè)頭皮和各個(gè)腦電波電極之間的電氣連接狀態(tài)。發(fā)明內(nèi)容
然而，利用專利文獻(xiàn)I中所述的用于檢`測(cè)腦電波電極的接觸的裝置，在用于腦電波測(cè)量的電路之外必須為每個(gè)電極提供將電流施加到每個(gè)線圈的電路，這使得裝置構(gòu)造復(fù)雜。進(jìn)一步地，在檢測(cè)連接狀態(tài)時(shí)，需要停止腦電波測(cè)量。因此，在需要長(zhǎng)時(shí)間段(例如睡眠時(shí)間)的連續(xù)腦電波測(cè)量的情況下，難以檢測(cè)該時(shí)期的連接狀態(tài)。
鑒于上述環(huán)境，需要提供具有簡(jiǎn)單的構(gòu)造并且即使當(dāng)獲取輸出信號(hào)時(shí)也能夠檢測(cè)生物表面的測(cè)量部位和電極之間的電氣連接狀態(tài)的生物信號(hào)處理裝置和腦電圖儀，以及生物信號(hào)處理方法。
根據(jù)本公開的實(shí)施方式，提供了一種生物信號(hào)處理裝置，其包括信號(hào)獲取單元和判定單元。
信號(hào)獲取單元被配置為獲取置于生物表面上的電極的輸出信號(hào)。
判定單元連接到信號(hào)獲取單元，從而基于作為輸出信號(hào)的頻率特性的第一頻率特性，來判定電極是處于第一狀態(tài)還是處于第二狀態(tài)，在第一狀態(tài)中，電極電氣連接到生物表面的測(cè)量部位，而在第二狀態(tài)中，電極與測(cè)量部位電氣斷開。
利用該構(gòu)造，通過使用輸出信號(hào)具有的頻率特性不同于最初的生物信號(hào)產(chǎn)生的事實(shí)，例如當(dāng)由于頭發(fā)、空氣等的干擾生物表面和電極之間的電氣連接斷開時(shí)，可判定生物表面和電極之間的電氣連接狀態(tài)。因此，可在不使得裝置構(gòu)造復(fù)雜的前提下，在連續(xù)獲取輸出信號(hào)的同時(shí)判定連接狀態(tài)。
判定單元可以被配置為比較第一頻率特性與作為有色噪聲和白噪聲中的一個(gè)的頻率特性的第二頻率特性，并且從而當(dāng)?shù)谝活l率特性不同于第二頻率特性時(shí)，判定電極處于第一狀態(tài)，并且當(dāng)?shù)谝活l率特性類似于第二頻率特性時(shí)，判定電極處于第二狀態(tài)。
例如，當(dāng)生物表面和電極之間的電氣連接斷開時(shí)，諸如粉紅噪聲的有色噪聲或者白噪聲可以生成為輸出信號(hào)。因此，利用該構(gòu)造，基于這種噪聲的頻率特性，可容易地判定生物表面和電極之間的電氣連接狀態(tài)。
判定單元可以被配置為檢測(cè)關(guān)于特定頻率的強(qiáng)度，并且當(dāng)強(qiáng)度小于預(yù)定閾值時(shí)判定電極處于第一狀態(tài)，并且當(dāng)強(qiáng)度等于或大于該閾值時(shí)判定電極處于第二狀態(tài)。
當(dāng)生物表面和電極之間的電氣連接斷開時(shí)，由于噪聲等強(qiáng)度大于建立電氣連接情況的輸出信號(hào)可以生成。因此，利用該構(gòu)造，通過比較在特定頻率的強(qiáng)度與預(yù)定閾值，可容易地判定生物表面和電極之間的電氣連接狀態(tài)。
生物信號(hào)處理裝置還可以包括輸出單元，其連接到判定單元，從而能夠輸出判定單元的判定結(jié)果。
該輸出單元使得可以將判定結(jié)果傳送到外部裝置等。
生物信號(hào)處理裝置還可以包括警告單元，其連接到判定單元從而當(dāng)判定結(jié)果是電極處于第二狀態(tài)時(shí)被激活(工作)。
該警告單元使得可以當(dāng)電極處于電極和生物表面之間的電氣連接斷開的第二狀態(tài)時(shí)警告測(cè)量者、用戶等。
該生物信號(hào)處理裝置還可以包括測(cè)量單元，其被配置為當(dāng)判定單元判定電極處于第一狀態(tài)時(shí)隨時(shí)間監(jiān)控作為生物信號(hào)的輸出信號(hào)。
利用該構(gòu)造，當(dāng)判定單元判定獲取了適當(dāng)?shù)纳镄盘?hào)時(shí)，可以通過該測(cè)量單元連續(xù)監(jiān)控。因此，可以提高所獲取的數(shù)據(jù)的可靠性。
具體地，判定單元可以被配置為對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，從而獲取第一頻率特性。
因此，該判定單元 能夠容易地從輸出信號(hào)獲取第一頻率特性。
根據(jù)本公開的實(shí)施方式，提供了一種生物信號(hào)處理裝置，其包括電極、信號(hào)獲取單元和判定單元。
電極置于生物表面上。
信號(hào)獲取單元被配置為獲取電極的輸出信號(hào)。
判定單元連接到信號(hào)獲取單元，從而基于作為輸出信號(hào)的頻率特性的第一頻率特性來判定電極是處于第一狀態(tài)還是處于第二狀態(tài)，在第一狀態(tài)中，電極電氣連接到生物表面的測(cè)量部位，在第二狀態(tài)中，電極與測(cè)量部位電氣斷開。
該構(gòu)造允許生物信號(hào)處理裝置包括用于獲取生物信號(hào)的電極而不會(huì)使裝置構(gòu)造復(fù)雜。
根據(jù)本公開的實(shí)施方式，提供了一種腦電圖儀，其包括頭部附件、信號(hào)獲取單元和判定單元。
頭部附件被配置為將電極置于用戶的頭部表面上。
該信號(hào)獲取單元被配置為獲取電極的輸出信號(hào)。
判定單元連接到信號(hào)獲取單元，從而基于作為輸出信號(hào)的頻率特性的第一頻率特性來判定電極是處于第一狀態(tài)還是處于第二狀態(tài)，在第一狀態(tài)中，電極電氣連接到生物表面的測(cè)量部位，在第二狀態(tài)中，電極與測(cè)量部位電氣斷開。
由于存在頭發(fā)、其曲面等，頭部是尤其難以建立適當(dāng)?shù)碾姎膺B接的部位。此外，需要進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間段(例如睡眠時(shí)間)的測(cè)量。即使在這樣的環(huán)境下，腦電圖儀也能夠容易掌握電氣連接斷開的時(shí)間點(diǎn)，其能夠提高測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性。
根據(jù)本公開的實(shí)施方式，提供了一種生物信號(hào)處理方法，其包括通過用于獲取生物表面的生物信號(hào)的電極獲取輸出信號(hào)。
基于作為輸出信號(hào)的頻率特性的第一頻率特性來判定電極是處于第一狀態(tài)還是處于第二狀態(tài)，在第一狀態(tài)中，電極電氣連接到生物表面的測(cè)量部位，在第二狀態(tài)中，電極與測(cè)量部位電氣斷開。
該判定可以包括在監(jiān)控所獲取的輸出信號(hào)的同時(shí)，判定電極處于第一狀態(tài)還是處于第二狀態(tài)。
利用該構(gòu)造，實(shí)現(xiàn)了生物表面和電極之間的連接狀態(tài)的實(shí)時(shí)判定，由此可以采取適當(dāng)?shù)拇胧?，例如重建連接。
如上所述，根據(jù)本公開的實(shí)施方式，可以提供具有簡(jiǎn)單的構(gòu)造并且即使當(dāng)獲取輸出信號(hào)時(shí)也能夠檢測(cè)生物表面的測(cè)量部位與電極之間的電氣連接狀態(tài)的生物信號(hào)處理裝置和腦電圖儀，以及生物信號(hào)處理方法。
根據(jù)如附圖所示的其最佳實(shí)施方式的下列詳細(xì)說明，本公開的這些及其他目標(biāo)、 特征和優(yōu)點(diǎn)會(huì)變得顯而易見。


圖1是示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的生物信號(hào)處理裝置(腦電圖儀)連到用戶的狀態(tài)的透視圖2是示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的生物信號(hào)處理裝置(腦電圖儀)的功能構(gòu)造的示意圖3是示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的生物信號(hào)處理裝置(腦電圖儀)的操作實(shí)例的流程圖4是示出了在電極和用戶的頭部表面的測(cè)量部位彼此電氣連接的狀態(tài)(第一狀態(tài))中的輸出信號(hào)的頻率特性的實(shí)例的示圖，其中橫軸表示頻率并且縱軸表示強(qiáng)度；
圖5是示出了在電極和用戶的頭部表面的測(cè)量部位彼此斷開電氣連接的狀態(tài)(第二狀態(tài))中的輸出信號(hào)的頻率特性的實(shí)例的示圖，其中橫軸表示頻率并且縱軸表示強(qiáng)度；
圖6是示出了粉紅噪聲的頻率特性的示意圖，其中橫軸表示頻率并且縱軸表示強(qiáng)度；
圖7是示出了根據(jù)第二實(shí)施方式的生物信號(hào)處理裝置(腦電圖儀)的功能構(gòu)造的示意圖8是示出了根據(jù)第二實(shí)施方式的生物信號(hào)處理裝置(腦電圖儀)的操作實(shí)例的流程圖9是示出了根據(jù)第三實(shí)施方式的生物信號(hào)處理裝置(腦電圖儀)的功能構(gòu)造的示意圖；和
圖10是示出 了根據(jù)第三實(shí)施方式的生物信號(hào)處理裝置(腦電圖儀)的操作實(shí)例的流程圖。
具體實(shí)施方式
在下文中，將參考附圖描述本公開的實(shí)施方式。
(第一實(shí)施方式)
[生物信號(hào)處理裝置的構(gòu)造]
圖1示出了根據(jù)該實(shí)施方式的生物信號(hào)處理裝置(腦電圖儀)連接到用戶的透視圖。腦電圖儀I包括頭帽(頭部附件)11和殼體12。該頭帽11在用戶的相反側(cè)上設(shè)置有電極13a到13e。殼體12可拆卸地連接到頭帽11，并且容納后面將描述的電學(xué)部件。
頭帽11被配置為使得電極13a到13e能夠被置于用戶的頭部表面。該頭帽11是由從用戶前額通過頂骨區(qū)域延伸到枕骨區(qū)域的構(gòu)件構(gòu)成。進(jìn)一步，頭帽11能夠?qū)?yīng)于用戶的頭部形狀和電極的配置形成。例如，頭帽11可以包括臂部111和112等，用于將后面將描述的電極13c和13d配置在適當(dāng)位置。進(jìn)一步，該頭帽11由例如合成樹脂的彈性材料形成，并通過它的彈力支撐在用戶的頭部上。
電極13a到13e是被設(shè)置到頭帽11的各種電極，其對(duì)應(yīng)于預(yù)定的測(cè)量部位配置。 例如，能夠提供頂骨區(qū)域電極13a、枕骨區(qū)域電極13b、右側(cè)EOG (眼電圖)電極13c、左側(cè)EOG 電極13d和基準(zhǔn)電極13e。
更具體地說，頂骨區(qū)域電極13a和枕骨區(qū)域電極13b測(cè)量用戶的腦電波(EEG :腦電圖)。進(jìn)一步地，右側(cè)EOG電極13c是接觸到用戶的右側(cè)的太陽穴的電極，并且左側(cè)EOG電極13d是接觸到用戶的左側(cè)太陽穴的電極。這些電極測(cè)量用戶的眼運(yùn)動(dòng)(E0G)?；鶞?zhǔn)電極 13e是用于獲取來自電極13a到13d的測(cè)量電位的基準(zhǔn)的電位(基準(zhǔn)電位)的電極。例如， 基準(zhǔn)電極13e接觸到用戶的耳垂后面。應(yīng)注意，電極的名稱和配置等僅僅是實(shí)例，并且能夠根據(jù)需要適當(dāng)選擇。
盡管電極13a到13e的形狀沒有特別限制，但是可以采用例如由導(dǎo)電材料制成的刷形電極。這種構(gòu)造使得電極能夠穿過頭發(fā)并接觸到頭部表面。進(jìn)一步，通過用諸如毛氈的具有保持液體能力的材料構(gòu)造電極13a到13e的抵靠生物表面的部分，可以在頭部表面和電極13a到13e之間提供電解液等。由此，不需要將頭部表面和電極用漿料(膠)等固定到彼此，就可以確保頭部表面的測(cè)量部位和電極13a到13e之間的電氣連接。此外，變得容易將電極13a到13e連接到其或者從其拆卸。
如上所述殼體12可拆卸地連接到頭帽11。設(shè)置殼體12的位置只需要是不妨礙頭帽11的聯(lián)接和用戶的運(yùn)動(dòng)的位置。例如，該位置可以是在頭帽11中接近頂骨區(qū)域的位置。
殼體12容納構(gòu)成后面將描述的信號(hào)獲取單元、判定單元等的電學(xué)部件，諸如處理器、存儲(chǔ)器和通信接口。頭帽11設(shè)置有配線(未示出)。該配線將電極和其電學(xué)部件彼此連接。
[生物信號(hào)處理裝置的功能構(gòu)造]
圖2是示出了腦電圖儀I的功能構(gòu)造的示意圖。如圖所示，腦電圖儀I包括頭帽 11、殼體12、電極13a到13e、信號(hào)獲取單元14、判定單元15、測(cè)量單元16、存儲(chǔ)單元17和輸出單元18。其中，信號(hào)獲取單元14、判定單元15、測(cè)量單元16、存儲(chǔ)單元17和輸出單元18 全都容納在殼體12中。
由頭帽11的電極13a到13e獲取的輸出信號(hào)通過配線等達(dá)到殼體12內(nèi)的信號(hào)獲取單元14。信號(hào)獲取單元14包括例如放大器141、濾波器142和A/D (模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)換器 143。電極13a到13e連接到放大器141。放大器141連接到濾波器142。濾波器142連接到A/D轉(zhuǎn)換器143。A/D轉(zhuǎn)換器143連接到判定單元15和測(cè)量單元16中的每一個(gè)。判定單元15和測(cè)量單元16中的每一個(gè)都連接到存儲(chǔ)單元17。該存儲(chǔ)單元17連接到輸出單元 18。在圖2中，為了描述起見，該電極13a到13e被示為單個(gè)塊。然而，實(shí)際上電極13a到 13e中的每個(gè)都通過配線等連接到放大器141。
放大器141放大輸出信號(hào)。在濾波器142中，設(shè)定將作為測(cè)量目標(biāo)的預(yù)定頻率帶寬，并且去除除了該頻率帶寬以外的信號(hào)分量。A/D轉(zhuǎn)換器143將輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
通過對(duì)來自電極13a到13e的輸出信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，判定單元15獲取輸出信號(hào)該頻率特性。此外，根據(jù)各個(gè)輸出信號(hào)的頻率特性(第一頻率特性)，分別判定電極13a到 13e與用戶的頭部表面的測(cè)量部位之間的電氣連接狀態(tài)。作為根據(jù)該實(shí)施方式的判定方法， 如后面將描述的，通過比較粉紅噪聲的頻率特性(第二頻率特性)與第一頻率特性來判定連接狀態(tài)。
測(cè)量單元16對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如混雜(montage)處理(測(cè)量電極和基準(zhǔn)電極之間的差的輸出)。由此，例如，來自電極13a到13d的輸出信號(hào)被處理為關(guān)于電位差的時(shí)間序列數(shù)據(jù)，其中將電極13e作為基準(zhǔn)電極。應(yīng)該注意“監(jiān)控”是指獲取關(guān)于電極13e 的輸出信號(hào)于來自電極13a到13d的輸出信號(hào)之間的電位差的時(shí)間序列數(shù)據(jù)。測(cè)量單元16 連接到判定單元15，并且能夠獲取判定單元15中的判定結(jié)果。
例如，存儲(chǔ)單元17是由閃速存儲(chǔ)器構(gòu)成的。判定單元15和測(cè)量單元16獲取的數(shù)據(jù)暫時(shí)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元17上。
例如，輸出單元18是由通信接口(通信IF)構(gòu)成的。存儲(chǔ)單元17上存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)根據(jù)需要通過輸出單元18被傳送到外部裝置等。輸出方法沒有特別限制，并且可以采用無線或有線的輸出方法。
如上所述，腦電圖儀I被配置為能夠從用戶獲取生物信號(hào)并且判定電極13a到13e 與測(cè)量部位之間的連接狀態(tài)。應(yīng)注意，這種殼體12的功能構(gòu)造僅僅是實(shí)例，并且可以采用不同的構(gòu)造。
[腦電圖儀的操作]
圖3是示出了根據(jù)該實(shí)施方式的腦電圖儀I的操作實(shí)例的流程圖。在下文中，將描述該流程圖中所示的各個(gè)步驟(St)。
首先，將電極13a到13e置于用戶的頭部表面上(Stll)。在該狀態(tài)中，激活腦電圖儀I。
然后，通過信號(hào)獲取單元14從置于用戶頭部表面上的電極13a到13e獲取輸出信號(hào)(Stl2)。輸出信號(hào)首先由放大器141放大。然后，通過濾波器142去除除了預(yù)定頻率帶寬之外的輸出信號(hào)的信號(hào)分量。此外，剩余信號(hào)分量由A/D轉(zhuǎn)換器143轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。由此，處理后的輸出信號(hào)被供給到判定單元15和測(cè)量單元16。
在測(cè)量單元16中， 隨時(shí)間監(jiān)控所獲取的輸出信號(hào)(未示出)。進(jìn)一步地，監(jiān)控結(jié)果能夠被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元17上，然后通過輸出單元18被傳送到外部裝置等。
判定單元15對(duì)來自電極13a到13d (Stl3)的每個(gè)輸出信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換。例如，可以進(jìn)行高速傅里葉變換作為傅里葉變換。因此，可以對(duì)于輸出信號(hào)容易獲取關(guān)于每個(gè)頻率分量的頻譜密度(強(qiáng)度)、即第一頻率特性的數(shù)據(jù)。進(jìn)一步地，根據(jù)需要平滑所獲取的數(shù)據(jù)。
圖4和圖5是各自示出了已經(jīng)在Stl3中被傅里葉變換并平滑的第一頻率特性的實(shí)例的示圖。這里，橫軸表示頻率并且縱軸表示強(qiáng)度。如從圖4所示的實(shí)例能夠看出，輸出信號(hào)的強(qiáng)度在從約8到13Hz的頻率帶寬中增加。頻率帶寬對(duì)應(yīng)于腦電波特有的α波的頻率帶寬。
另一方面，在圖5所示的實(shí)例中，沒有看出特定的頻率帶寬中的強(qiáng)度的增加等，并且該圖向右側(cè)下降。在以該方式在第一頻率特性中沒有觀察到腦電波特有的圖的形狀的情況下，存在這樣的可能性，即輸出信號(hào)具有噪聲，因?yàn)闇y(cè)量部位和電極在電學(xué)上彼此斷開。
為了判定電極和測(cè)量部位之間的電氣連接狀態(tài)，判定單元15判定第一頻率特性是否類似于粉紅噪聲的頻率特性(第二頻率特性)(Stl4)。粉紅噪聲是當(dāng)腦電波測(cè)量期間電極與測(cè)量部位之間的電氣連接斷開時(shí)生成的噪聲。
這里，粉紅噪聲是具有這樣的頻率特性的噪聲，即強(qiáng)度與頻率成反比，并且通常也被稱作“ Ι/f波動(dòng)”。進(jìn)一步地，第二頻率特性通常由以下表達(dá)式表示。
S(f) - l/fa (S表示強(qiáng)度并且f表示頻率(0〈 a〈2))
在該實(shí)施方式中，假設(shè)a =1/2的實(shí)例，即，
S(f) a I/ V f (I)。.
圖6是示出了由表達(dá)式(I)表示的第二頻率特性的示圖。這里，橫軸表示頻率并且縱軸表示強(qiáng)度。圖6中所示的第二頻率特性的圖的形狀不同于圖4中所示的第一頻率特性的圖的形狀。然而，圖6中所示的第二頻率特性的圖的形狀類似于圖5中所示的第一頻率特性的圖的形狀。由此，能夠認(rèn)為，在圖4所示的實(shí)例中電極和用戶的頭部表面的測(cè)量部位是彼此電氣連接的(第一狀態(tài))，而在圖5所示的實(shí)例中，電極和用戶的頭部表面的測(cè)量部位是電學(xué)上彼此斷開的(第二狀態(tài))。
通過使用眾所周知的技術(shù)計(jì)算第一頻率特性和第二頻率特性之間的相似性，可以做出更具體的判定。
當(dāng)所計(jì)算的相似性小于預(yù)定閾值，即當(dāng)?shù)谝活l率特性不同于第二頻率特性時(shí)，判定電極處于第一狀態(tài)(Stl4:否)。在該情況下，使測(cè)量單元16在將輸出信號(hào)考慮為適當(dāng)?shù)纳镄盘?hào)(腦電波)的同時(shí)連續(xù)監(jiān)控(St 15)。
另一方面，當(dāng)所計(jì)算 的相似性等于或大于預(yù)定閾值，即當(dāng)?shù)谝活l率特性類似于第二頻率特性時(shí)，判定電極處于第二狀態(tài)(St 14 :是)。在該實(shí)施方式中，在該情況下，使存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)電極處于第二狀態(tài)的判定結(jié)果(Stl6)。
例如，在存儲(chǔ)單元17上存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)能夠從輸出單元18輸出到外部裝置。接著，在外部裝置的屏幕等上顯示的監(jiān)控結(jié)果中可以顯示判定電極處于第二狀態(tài)的時(shí)間點(diǎn)。由此， 可能清楚示出測(cè)量部位的電氣連接狀態(tài)松開的時(shí)間點(diǎn)，并因此容易檢查數(shù)據(jù)的可靠性。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施方式，只根據(jù)輸出信號(hào)，就可以判定測(cè)量部位和電極之間的電氣連接狀態(tài)。因此，可以在連續(xù)監(jiān)控輸出信號(hào)的同時(shí)，判定連接狀態(tài)。進(jìn)一步地，即使在根據(jù)外觀難以判定的情況下，也可以判定連接狀態(tài)。此外，不需要用于判定連接狀態(tài)的新的電路等，獲得簡(jiǎn)單的裝置構(gòu)造。
(第二實(shí)施方式)
將描述本公開的第二實(shí)施方式。
應(yīng)該注意,在該實(shí)施方式中，與第一實(shí)施方式中相同的構(gòu)造會(huì)由相同參考符號(hào)表示，并且將省略其描述。
[腦電圖儀的功能構(gòu)造]
圖7是示出了根據(jù)該實(shí)施方式的生物信號(hào)處理裝置(腦電圖儀)2的功能構(gòu)造的示意圖。如圖所示，除與第一實(shí)施方式中同樣的構(gòu)造之外，腦電圖儀2還包括警告單元19。警告單元19連接到判定單元15。
警告單元19可以是例如包括揚(yáng)聲器的電子蜂鳴器，并且其置于殼體12中。當(dāng)判定單元15判定電極是第二狀態(tài)時(shí)，激活警告單元19，從而通過例如警報(bào)來警告測(cè)量者或者用戶。由此，測(cè)量者等能夠識(shí)別第二狀態(tài)并采取適當(dāng)措施，例如重新連接。
[腦電圖儀的操作]
圖8是示出了根據(jù)該實(shí)施方式的腦電圖儀2的操作實(shí)例的流程圖。
該實(shí)施方式與第一實(shí)施方式的不同之處在于，當(dāng)?shù)谝活l率特性類似于第二頻率特性并且判定電極13a到13e中的至少一個(gè)處于第二狀態(tài)(St24 :是)時(shí)，激活警告單元19 (St26)。應(yīng)該注意，圖中所示的St21到St25分別對(duì)應(yīng)于圖3中所示的Stll到Stl5，由此將省略其描述。
當(dāng)激活警告單元19時(shí)，測(cè)量者等將電極13a到13e重連接到用戶的頭部表面的測(cè)量部位，以使得腦電波測(cè)量重新開始(St21)。如果連接狀態(tài)沒有改善，那么再次激活警告單元19 (St26)。因此，能夠使得測(cè)量部位和電極之間的電氣連接安全可靠。
警告單元19的揚(yáng)聲器的位置沒有特別限制，并且揚(yáng)聲器可以設(shè)置到頭帽11?？商鎿Q地，也可以采用通過音頻等通知電極處于第二狀態(tài)的構(gòu)造。進(jìn)一步地，通過采用警告單元沒有直接連接到判定單元15而是有線地或者無線地連接到輸出單元18的構(gòu)造，警告單元 19本身可以被設(shè)置到外部裝置。
(第三實(shí)施方式)
將描述本公開的第三實(shí)施方式。
應(yīng)該注意,在該實(shí)施方式中，與第一實(shí)施方式中相同的構(gòu)造會(huì)由相同參考符號(hào)表示，并且將省略其描述。
[腦電圖儀的功能構(gòu)造]
圖9是示出了根據(jù)該實(shí)施方式的生物信號(hào)處理裝置(腦電圖儀)3的功能構(gòu)造的示意圖。如圖所示，除了與第一實(shí)施方式中同樣的構(gòu)造外，腦電圖儀3還包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)130a 到130e和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制器131。
驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)130a到130e由電動(dòng)機(jī)等構(gòu)成，其能夠相對(duì)于頭帽11驅(qū)動(dòng)電極13a到 13e中的每個(gè)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制器131連接到判定單元15以及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)130a到130e，并且能夠根據(jù)判定單元15的判定結(jié)果控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)130a到130e的驅(qū)動(dòng)。
[腦電圖儀的操作]
圖10是示出了根據(jù)該實(shí)施方式的腦電圖儀3的操作實(shí)例的流程圖。
圖中所示的St31到St35分別對(duì)應(yīng)于圖3中所示的Stll到Stl5和圖8中所示的 St21到St25。在該實(shí)施方式中，不同于第二實(shí)施方式，當(dāng)判定單元 15判定電極13a到13e的任何一個(gè)處于第二狀態(tài)(St34 :是)時(shí)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制器131驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)于該電極的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。接著，自動(dòng)改善電氣連接狀態(tài)。當(dāng)判定電極處于第二狀態(tài)時(shí)，重復(fù)St31到St34中的操作，直到判定單元15檢測(cè)到第一狀態(tài)(St34 :否)。應(yīng)該注意，采用相對(duì)于頭帽11的旋轉(zhuǎn)、傾斜等作為用于改善連接狀態(tài)的電極13a到13e的操作。
利用具有上述構(gòu)造的腦電圖儀3，可以自動(dòng)進(jìn)行處理，從判定測(cè)量部位與電極之間的電氣連接狀態(tài)到建立連接狀態(tài)。因此，不需要由測(cè)量者等監(jiān)控連接狀態(tài)，可以在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)正確測(cè)量腦電波。即，即使對(duì)于睡眠時(shí)間等期間的腦電波測(cè)量，也獲得非常有利的構(gòu)造。
(第四實(shí)施方式)
將描述本公開的第四實(shí)施方式。
應(yīng)該注意，在該實(shí)施方式中，將省略與第一實(shí)施方式中相同的構(gòu)造的描述。
根據(jù)該實(shí)施方式的生物信號(hào)處理裝置(腦電圖儀)包括具有與第一實(shí)施方式不同的構(gòu)造的判定單元。
通常，眾所周知，當(dāng)測(cè)量部位和電極之間的電氣連接斷開時(shí)，由于輸出信號(hào)具有粉紅噪聲等，生成強(qiáng)度高于原始的腦電波信號(hào)的輸出信號(hào)。例如，如上所述比較圖4與圖5，能夠看出圖5中所示的第二狀態(tài)中的強(qiáng)度大于圖4中所示的第一狀態(tài)中的強(qiáng)度。利用這個(gè)， 根據(jù)該實(shí)施方式的判定單元通過比較對(duì)于特定頻率的輸出信號(hào)的強(qiáng)度與預(yù)定閾值，判定電極處于第一狀態(tài)或者第二狀態(tài)。
首先，如第一實(shí)施方式中那樣，判定單元對(duì)來自電極的每個(gè)輸出信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，從而獲得第一頻率特性。隨后，檢測(cè)到對(duì)于特定頻率的第一頻率特性的強(qiáng)度，并且該強(qiáng)度與預(yù)定閾值進(jìn)行比較。這里，當(dāng)強(qiáng)度小于閾值時(shí)，判定電極處于第一狀態(tài)，其中測(cè)量部位和電極之間的電氣連接建立。同時(shí)，當(dāng)強(qiáng)度等于或者大于閾值時(shí)，判定電極處于第二狀態(tài)，其中測(cè)量部位和電極之間的電氣連接斷開。
如上所述，也根據(jù)該實(shí)施方式，可以容易地判定頭部表面的測(cè)量部位與電極之間的電氣連接狀態(tài)。應(yīng)該注意，特定頻率的數(shù)目不限制于一個(gè) ，并且對(duì)于多個(gè)頻率的輸出信號(hào)的強(qiáng)度可以與分別對(duì)應(yīng)于它們而設(shè)定的閾值相比較。由此，可以考慮更寬的頻率帶寬，因此提高判定單元中的判定結(jié)果的可靠性。
本公開不限制于上述實(shí)施方式，并且在不偏離本公開的要旨的前提下可進(jìn)行修改。
盡管，在上述各個(gè)實(shí)施方式中，示出了生物信號(hào)處理裝置是腦電圖儀的實(shí)例，但是本公開不限于此。例如，生物信號(hào)處理裝置不需要包括頭帽，并且可以用作肌電描記術(shù)裝置，其測(cè)量作為生物信號(hào)的肌源性電位?？商鎿Q地，生物信號(hào)處理裝置也可以用作心電描記術(shù)裝置等。在這種情況下，生物信號(hào)處理裝置可以不包括電極。即，可以采用這樣的構(gòu)造， 其中生物信號(hào)處理裝置和電極是由分離的構(gòu)件構(gòu)成的并且由電極獲取的輸出信號(hào)無線傳送到信號(hào)獲取單元。
進(jìn)一步，第二頻率特性不限于粉紅噪聲的頻率特性。當(dāng)電極與測(cè)量部位之間的電氣連接斷開時(shí)所檢測(cè)的噪聲的頻率特性可以用作第二頻率特性。這種噪聲的實(shí)例包括白噪聲和有色噪聲(除了粉紅噪聲、布朗噪聲等之外)。例如，白色噪聲是對(duì)于全部頻率具有相同強(qiáng)度的噪聲，并且由以下表達(dá)式表示
Sff (f) - l/f° (Sw表示強(qiáng)度并且f表示頻率)。在這些情況下，如上述實(shí)施方式中那樣，可以判定測(cè)量部位與電極之間的電氣連接狀態(tài)。
進(jìn)一步地，盡管在上述的各個(gè)實(shí)施方式中，示出了在監(jiān)控輸出信號(hào)的同時(shí)判定連接狀態(tài)的構(gòu)造，但是本公開不限制于此?？梢圆捎眠@樣的構(gòu)造，其中在完成監(jiān)控以后判定連接狀態(tài)。在該情況下，該存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)關(guān)于由信號(hào)獲取單元獲取的數(shù)據(jù)，并且在完成監(jiān)控之后，該判定單元從存儲(chǔ)單元檢索該數(shù)據(jù)，從而判定連接狀態(tài)。利用該構(gòu)造，可以在完成監(jiān)控之后分析大量數(shù)據(jù)。
盡管，在第二實(shí)施方式中，示出了警告單元19由電子蜂鳴器等構(gòu)成的實(shí)例，但是本公開不限制于此。例如，該警告單元19可以由使用發(fā)光二極管(LED)等的照明或者閃爍電路構(gòu)成。接著，可以視覺上警告測(cè)量者等第二狀態(tài)。應(yīng)該注意，LED等的位置不特別限制， 并且可以設(shè)置到殼體12、頭帽11或者外部裝置。
進(jìn)一步地，警告單元19可以包括振動(dòng)電動(dòng)機(jī)等，以通過振動(dòng)警告用戶第二狀態(tài)。 同樣在該情況下，警告單元19的位置沒有特別限制。
進(jìn)一步，本公開不僅適用于人體生物信號(hào)，而且適用于動(dòng)物生物信號(hào)。為了從動(dòng)物獲取生物信號(hào)，尤其難以判定電極和測(cè)量部位之間的電氣連接，因?yàn)闇y(cè)量的個(gè)體可能小于人體。用根據(jù)本公開的實(shí)施方式的生物信號(hào)處理裝置，可以容易地判定連接狀態(tài)，由此獲取更可靠的數(shù)據(jù)。
應(yīng)該注意，本公開也可以采取以下構(gòu)造。
(I) 一種生物信號(hào)處理裝置，包括
信號(hào)獲取單元，被配置為獲取置于生物表面上的電極的輸出信號(hào)；以及
判定單元，其連接到信號(hào)獲取單元，從而基于作為輸出信號(hào)的頻率特性的第一頻率特性，來判定電極是處于第一狀態(tài)還是處于第二狀態(tài)，在第一狀態(tài)中，電極電氣連接到生物表面的測(cè)量部位，而在第二狀態(tài)中，電極與測(cè)量部位電氣斷開。
( 2)根據(jù)(I)所述的生物信號(hào)處理裝置，其中，
判定單元被配置為比較第一頻率特性與作為有色噪聲和白噪聲中的一個(gè)的頻率特性的第二頻率特性，并且當(dāng)?shù)谝活l率特性不同于第二頻率特性時(shí)判定電極處于第一狀態(tài)，并且當(dāng)?shù)谝活l率特性類似于第二頻率特性時(shí)，判定電極處于第二狀態(tài)。
( 3)根據(jù)(I)所述的生物信號(hào)處理裝置，其中，
判定單元被配置為檢測(cè)關(guān)于特定頻率的強(qiáng)度，并且當(dāng)強(qiáng)度小于預(yù)定閾值時(shí)，判定電極處于第一狀態(tài)，并且當(dāng)強(qiáng)度等于或大于閾值時(shí)，判定電極處于第二狀態(tài)。
(4)根據(jù)(I)至(3)中的任一項(xiàng)所述的生物信號(hào)處理裝置，還包括
輸出單元，其連接到判定單元從而能夠輸出判定單元的判定結(jié)果。
(5)根據(jù)(I)至(4)中的任一項(xiàng)所述的生物信號(hào)處理裝置，還包括
警告單元，其連接到判定單元，從而當(dāng)判定結(jié)果是電極處于第二狀態(tài)時(shí)被激活。
(6)根據(jù)(I )至(5)中的任一項(xiàng)所述的生物信號(hào)處理裝置，還包括
測(cè)量單元，被配置為當(dāng)判定單元判定電極處于第一狀態(tài)時(shí)，隨時(shí)間監(jiān)控作為生物信號(hào)的輸出信號(hào)。
(7)根據(jù)(I)至(6)中的任一項(xiàng)所述的生物信號(hào)處理裝置，其中，
判定單元被配置為對(duì)輸出信號(hào)執(zhí)行傅里葉變換，從而獲取第一頻率特性。
(8) 一種生物信號(hào)處理裝置，包括
電極，置于生物表面上；
信號(hào)獲取單元，被配置為獲取電極的輸出信號(hào)；以及
判定單元，其連接到信號(hào)獲取單元，從而基于作為輸出信號(hào)的頻率特性的第一頻率特性，判定電極是處于第一狀態(tài)還是處于第二狀態(tài)，在第一狀態(tài)中，電極電氣連接到生物表面的測(cè)量部位，而在第二狀態(tài)中，電極與測(cè)量部位電氣斷開。
(9) 一種腦電圖儀，包括
頭部附件，被配置為將電極置于用戶的頭部表面；
信號(hào)獲取單元，被配置為獲取電極的輸出信號(hào)；以及
判定單元，其連接到信號(hào)獲取單元，從而基于作為輸出信號(hào)的頻率特性的第一頻率特性，判定電極是處于第一狀態(tài)還是處于第二狀態(tài)，在第一狀態(tài)中，電極電氣連接到生物表面的測(cè)量部位，而在第二狀態(tài)中，電極與測(cè)量部位電氣斷開。
(10) 一種生物信號(hào)處理方法,包括
通過用于獲取生物表面的生物信號(hào)的電極獲取輸出信號(hào)；以及
基于作為輸出信號(hào)的頻率特性的第一頻率特性，判定電極是處于第一狀態(tài)還是處于第二狀態(tài)，在第一狀態(tài)中，電極電氣連接到生物表面的測(cè)量部位，而在第二狀態(tài)中，電極與測(cè)量部位電氣斷開。
(11)根據(jù)(10)所述的生物信號(hào)處理方法，其中，
判定包括在監(jiān)控所獲取的輸出信號(hào)的同時(shí)，判定電極是處于第一狀態(tài)還是處于第二狀態(tài)。
本公開包括于2011年10月12日向日本專利局提交的日本在先專利申請(qǐng)JP 2011-224605的相關(guān)主題，將其全部?jī)?nèi)容通過引用結(jié)合于此。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)設(shè)計(jì)要求以及其他因素，可以進(jìn)行各種修改、組合、子組合和變形，均應(yīng)包含在所附權(quán)利要求及其等同物的范圍之內(nèi) 。
權(quán)利要求
1.一種生物信號(hào)處理裝置，包括信號(hào)獲取單元，被配置為獲取置于生物表面上的電極的輸出信號(hào)；以及判定單元，其連接到所述信號(hào)獲取單元，從而基于作為所述輸出信號(hào)的頻率特性的第一頻率特性，來判定所述電極是處于第一狀態(tài)還是處于第二狀態(tài)，在所述第一狀態(tài)中，所述電極電氣連接到所述生物表面的測(cè)量部位，而在所述第二狀態(tài)中，所述電極與所述測(cè)量部位電氣斷開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物信號(hào)處理裝置，其中，所述判定單元被配置為比較所述第一頻率特性與作為有色噪聲和白噪聲中的一個(gè)的頻率特性的第二頻率特性，并且當(dāng)所述第一頻率特性不同于所述第二頻率特性時(shí)判定所述電極處于所述第一狀態(tài)，并且當(dāng)所述第一頻率特性類似于所述第二頻率特性時(shí)，判定所述電極處于所述第二狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物信號(hào)處理裝置，其中，所述判定單元被配置為檢測(cè)關(guān)于特定頻率的強(qiáng)度，并且當(dāng)所述強(qiáng)度小于預(yù)定閾值時(shí)， 判定所述電極處于所述第一狀態(tài)，并且當(dāng)所述強(qiáng)度等于或大于所述閾值時(shí)，判定所述電極處于所述第二狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物信號(hào)處理裝置，還包括輸出單元，其連接到所述判定單元從而能夠輸出所述判定單元的判定結(jié)果。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物信號(hào)處理裝置，還包括警告單元，其連接到所述判定單元，從而當(dāng)所述判定結(jié)果是所述電極處于所述第二狀態(tài)時(shí)被激活。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物信號(hào)處理裝置，還包括測(cè)量單元，被配置為當(dāng)所述判定單元判定所述電極處于所述第一狀態(tài)時(shí)，隨時(shí)間監(jiān)控作為生物信號(hào)的所述輸出信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物信號(hào)處理裝置，其中，所述判定單元被配置為對(duì)所述輸出信號(hào)執(zhí)行傅里葉變換，從而獲取所述第一頻率特性。
8.一種生物信號(hào)處理裝置，包括電極，置于生物表面上；信號(hào)獲取單元，被配置為獲取所述電極的輸出信號(hào)；以及判定單元，其連接到所述信號(hào)獲取單元，從而基于作為所述輸出信號(hào)的頻率特性的第一頻率特性，判定所述電極是處于第一狀態(tài)還是處于第二狀態(tài)，在所述第一狀態(tài)中，所述電極電氣連接到所述生物表面的測(cè)量部位，而在所述第二狀態(tài)中，所述電極與所述測(cè)量部位電氣斷開。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的生物信號(hào)處理裝置，其中，所述判定單元被配置為比較所述第一頻率特性與作為有色噪聲或白噪聲的頻率特性的第二頻率特性，并且當(dāng)所述第一頻率特性不同于所述第二頻率特性時(shí)判定所述電極處于所述第一狀態(tài)，并且當(dāng)所述第一頻率特性類似于所述第二頻率特性時(shí)，判定所述電極處于所述第二狀態(tài)。
10.一種腦電圖儀，包括頭部附件，被配置為將電極置于用戶的頭部表面； 信號(hào)獲取單元，被配置為獲取所述電極的輸出信號(hào)；以及判定単元，其連接到所述信號(hào)獲取單元，從而基于作為所述輸出信號(hào)的頻率特性的第一頻率特性，判定所述電極是處于第一狀態(tài)還是處于第二狀態(tài)，在所述第一狀態(tài)中，所述電極電氣連接到所述生物表面的測(cè)量部位，而在所述第二狀態(tài)中，所述電極與所述測(cè)量部位電氣斷開。
11.一種生物信號(hào)處理方法,包括 通過用于獲取生物表面的生物信號(hào)的電極獲取輸出信號(hào)；以及基于作為所述輸出信號(hào)的頻率特性的第一頻率特性，判定所述電極是處于第一狀態(tài)還是處于第二狀態(tài)，在所述第ー狀態(tài)中，所述電極電氣連接到所述生物表面的測(cè)量部位，而在所述第二狀態(tài)中，所述電極與所述測(cè)量部位電氣斷開。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的生物信號(hào)處理方法，其中， 所述判定包括在監(jiān)控所獲取的所述輸出信號(hào)的同時(shí)，判定所述電極是處于所述第一狀態(tài)還是處于所述第二狀態(tài)。
全文摘要
本公開涉及生物信號(hào)處理裝置、腦電圖儀和生物信號(hào)處理方法。其中，該生物信號(hào)處理裝置包括信號(hào)獲取單元和判定單元。信號(hào)獲取單元被配置為獲取置于生物表面上的電極的輸出信號(hào)。判定單元連接到信號(hào)獲取單元，從而基于作為輸出信號(hào)的頻率特性的第一頻率特性，來判定電極是處于第一狀態(tài)還是處于第二狀態(tài)，在第一狀態(tài)中，電極電氣連接到生物表面的測(cè)量部位，在第二狀態(tài)中，電極與測(cè)量部位電氣斷開。
文檔編號(hào)A61B5/04GK103040457SQ20121037150
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月12日
發(fā)明者中島悠策 申請(qǐng)人:索尼公司