NO333087B1 - En anordning for plassering og fastholdelse av sensorer pa hodebunnen til et individ og en fremgangsmate for plassering av elektroder pa hodet til et individ - Google Patents

Abstract

Foreliggende oppfinnelse omhandler en anordning og fremgangsmåte for plassering og fastholdelse av sensorer/elektroder på hodet til et individ. Nevnte anordning har en indre hette/sjikt som er laget i et fluidtett elastisk materiale som har en fluidtett sammenføyning til ett ytre stivt skall/sjikt. I sjiktet mellom det ytre skallet og den indre hetten er det et fluid og valgfritt et materiale som kan uniformt komprimeres/ekspanderes avhengig av fluidtrykk eller mengde. Den elastiske hetten/sjiktet er litt mindre en det minste hodet den skal passe til. Dette gjør man fordi EEG elektrodene må ha trykk mot hodeskallen for å få optimalt signal. En pumpe skaper undertrykk/vakuum mellom det stive skallet og den elastiske hetten som da utvides til å bli romsligere enn hodet til brukeren. Brukeren tar så på seg hjelmen og det slippes tilbake fluid slik at formen vil minske og presse elektrodene mot hodebunnen. Det at den elastiske hetten utvides, gjør også at avstandene mellom elektrodene økes homogent. Dette systemet gjør at størrelsen på hodet og avstanden mellom elektrodene blir regulert riktig i forhold til for eksempel 10-20 systemet. Tid og ressursbruk kan utnyttes bedre og man får ett mer standardisert system for QEEG analyser. I tillegg vil det ikke være nødvendig med tidkrevende individuell tilpasning og et stort antall hetter med forskjellig størrelse tilpasset de enkelte individ.

Description

Oppfinnelsens tekniske område

Oppfinnelsen omhandler en anordning og en fremgangsmåte for plassering og fastholding av sensorer/elektroder på hodet til et individ.

Bakgrunn for oppfinnelse

Måling av hjernens elektriske aktivitet er av historiske grunner særlig utbredt i Europa og Russland, innen nevrofysiologisk og psykofysiologisk diagnostikk. For behandling innen biofeedback har utviklingen foregått siden 1960 både i USA, Canada, Australia, Europa og Russland. Det finnes som kjent i faget både biologiske og tekniske metoder for å måle og påvirke ulike typer aktivitet i hjernen. De mest utbredte metodene er; Electroencephalography (EEG), Hemoencephalography (HEG) og Magnetoencephalography (MEG). Innen QEEG (kvantitativ EEG målinger) har de utviklet mange matematiske modeller for å måle diskriminante funksjoner som omfatter; "power"-koherens, fase, IFTA pre vs. post behandlingsstatistikk, low RATE, instant koherensfase & Z - score biofeedback m.fl. QEEG gjennomføres som et vanlig EEG-opptak, der en operatør plasserer flere (21+) elektroder på hodet for å registrere en større del av hjernens elektriske aktivitet samtidig. Hjerneaktiviteten registreres over ett tidsrom og det kan legges til funksjonelle oppgaver utover standard, åpne og lukkede øyne. Informasjonen blir ofte sammenlignet mot aktiviteten som analyseres i alle de programvare systemene operatøren har installert. De forskjellige programvarene bruker forskjellige matematiske modeller for diagnose, mens andre bruker systemiske modeller, også kalt protokoller, for behandling. Det er blant annet viktig at elektrodene i QEEG systemet er plassert riktig og at kontakten mellom elektrode og hodeskalpen er god. Dette er viktig for å få et optimalt sammenligningsgrunnlag mellom to målinger, eller sammenligning av måling mellom to eller flere individer. Elektrodene blir derfor som standard plassert etter det internasjonale 10-20 systemet (beskrevet blant annet av Erns Niedermeyer, Fernando Lopes da Silva, Electroencephalography: Basic Principles, Clinical Applications, and Related Fields side 140). Det er en utfordring å få samme resultat ved to målinger. Et mer standardisert system enn summen av det som finnes i dag vil være svært fordelaktig for den videre utviklingen av fagene og forskningsfeltene.

De fleste EEG og QEEG systemer i dag, baserer seg på elastiske rutenett og/eller hetter som er tilpasset 10-20 systemet, eller andre mindre kjente plasseringskart. Disse hettene blir laget i forskjellige modeller med plasser for å sette inn elektroder. Hettene lages også i flere størrelser fordi avstanden mellom elektrodene må tilpasses etter hodeskallens størrelse i henhold til 10 - 20 systemet eller andre plasseringskart. Problemet er ofte at disse hettene ikke klarer å gi elektrodene tilstrekkelig press mot hodeskallen, på grunn av hår og hodeform. Modeller som strammes er ofte ubehagelig for klienten, særlig for sensitive barn.

Optimalisering er nødvendig for å få ett signal uten for mye støy. Slik støy vil forårsake mindre nøyaktige målinger og informasjon. Elektrodene må også plasseres manuelt på en korrekt måte i forhold til ulike størrelser på hodeskallen, og dette tar ofte meget lang tid og krever kompetanse. En slik manuell påsetting øker også sjansen for feilplasseringer, grunnet menneskelig svikt.

Patentsøknad US 2007/0106170 Al viser elektrode - /sensorhette for bruk i EEG. Her blir det brukt en oppblåsbar blære for å oppnå trykk på elektrodene. Flere hetter tilpasset individuelle hodestørrelser og manuell tilpassning av elektrodeplassering er imidlertid også her nødvendig.

Patentsøknad JP 2006-006667 A viser en elektrode - /sensorhette for bruk i EEG. Her blir det brukt ekspanderbare ballonger for å oppnå trykk på elektrodene.

Patentsøknad SU 676273 viser en elektrode - /sensorhette for bruk i EEG. Her blir det brukt et oppblåsbart sjikt, delt opp i seksjoner, for å oppnå trykk på elektrodene

Måling av hjernens elektriske aktivitet blir også benyttet på en rekke andre områder i tillegg til psykofysiologisk/nevrofysiologisk diagnostikk og behandling. Innen bioteknikken får de ved hjelp av slike målinger overført hjerneimpulser til elektroniske signaler via egnede sensorer, som igjen kan styre ulike tekniske systemer. Dette kan bli benyttet blant annet i hjelmer for jagerflypiloter, styring av tale maskiner og roboter, og i forskjellige underholdningssystemer som dataspill.

Det er en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en anordning og fremgangsmåte for plassering og fastholdelse av sensorer på hodet til et individ, som optimaliserer informasjonen, og unngår ett eller flere av problemene forbundet med tidligere kjente metoder.

Sammendrag av oppfinnelsen

Foreliggende oppfinnelse omhandler en anordning og fremgangsmåte for plassering og fastholdelse av sensorer på hodet til et individ, som unngår ett eller flere av problemene forbundet med tidligere kjente metoder. Oppfinnelsen er videre definert til å omfatte følgende: En anordning for plassering og fastholdelse av sensorer på hodebunnen til et individ, bestående av et ytre sjikt 4 knyttet sammen med et indre sjikt 3, og adskilt av et midtre sjikt/hulrom 2 fylt med et fluid og valgfritt et materiale som lar seg uniformt komprimere/ekspandere ved hjelp av fluidtrykk, ytre sjikt 4 og indre sjikt 3 utgjør veggene av nevnte hulrom, hvor ytre sjikt 4 er i et stivt og fluidtett materiale, indre sjikt 3 er i et fluidtett materiale med punkter for plassering av sensorer eller elektroderkarakterisert vedat anordningen videre omfatter en pumpe for evakuering av fluid fra midtre sjikt 2, en mekanisme for trykkregulering av midtre sjikt 2 og at materialet i indre sjikt 3 er elastisk.

Foreliggende oppfinnelse omfatter også anvendelsen av overnevnte anordning for QEEG-analyse, samt en fremgangsmåte for plassering av elektroder på hodet til et individ ved å benytte nevnte anordning.

Nevnte anordning kan erstatte de tidligere anvendte hettene. Den har en indre hette/sjikt som er laget i et fluidtett elastisk materiale som har en fluidtett sammenføyning til ett ytre stivt skall/sjikt. I det midtre sjiktet mellom det ytre skallet og den indre hetten er det et fluid og/eller et materiale som kan uniformt komprimeres/ekspanderes avhengig av gasstrykk eller væskemengde. Den elastiske hetten/sjiktet er litt mindre en det minste hodet den skal passe til. Dette gjør man fordi EEG elektrodene må ha trykk mot hodeskallen for å få optimalt signal. En gass- eller væskepumpe skaper undertrykk/vakuum mellom det stive skallet og den elastiske hetten som da utvides til å bli romsligere enn hodet til brukeren. Brukeren tar så på seg hjelmen og det slippes tilbake fluid slik at formen vil minske og presse elektrodene mot hodebunnen. Det at den elastiske hetten utvides, gjør også at avstandene mellom elektrodene økes homogent. Dette systemet gjør at størrelsen på hodet og avstanden mellom elektrodene blir regulert riktig i forhold til for eksempel 10-20 systemet. Tid og ressursbruk kan utnyttes bedre og man får ett mer standardisert system for QEEG analyser. I tillegg vil det ikke være nødvendig med tidkrevende individuell tilpasning og et stort antall hetter med forskjellige størrelser tilpasset det enkelte individ.

Materialet som brukes i hetten kan være ethvert egnet elastisk materiale som er fluidtett. Dette inkluderer forskjellige typer naturlige eller syntetiske gummier og elastomerer. Mer spesifikt kan dette være for eksempel lateks eller neopren.

Materialet i det ytre skallet kan være ethvert egnet stivt materiale, inkludert forskjellige typer plast, glassfiber, metall osv.

Materialet som kan anvendes i det midtre sjiktet mellom det ytre skallet og den indre hetten kan være et fluid som luft, vann, olje, og/eller ethvert egnet uniformt komprimerbart/ekspanderbart materiale, som for eksempel skumgummi eller svamp.

Antallet elektroder/sensorer kan varieres vilkårlig, men er normalt fra 1 til 256 avhengig av hvilken metode som brukes.

Denne oppfinnelsen er primært utviklet for bruk med EEG sensorer, men er ikke begrenset til dette, og kan uten videre tilpasses MEG, HEG og andre sensorer som kan plasseres på hodet.

Oppfinnelsen omfatter også en fremgangsmåte for plassering av elektroder på hodet til et individkarakterisert vedat den omfatter trinnene: - å pumpe fluid ut av midtre sjikt 2 hos en anordning for plassering og fastholdelse av sensorer på hodebunnen til et individ, bestående av et ytre sjikt 4 knyttet sammen med et indre sjikt 3, og adskilt av et midtre sjikt/hulrom 2 fylt med et fluid og valgfritt et materiale som lar seg uniformt komprimere/ekspandere ved hjelp av fluidtrykk, ytre sjikt 4 og indre sjikt 3 utgjør veggene av nevnte hulrom, hvor ytre sjikt 4 er i et stivt og fluidtett materiale, indre sjikt 3 er i et elastisk og fluidtett materiale med punkter for plassering av sensorer eller elektroder hvori anordningen videre omfatter en pumpe for evakuering av fluid fra midtre sjikt 2 og en mekanisme for trykkregulering av midtre sjikt 2 at sjikt 3 ekspanderer til ønsket størrelse

- å plassere nevnte anordning på hodet til et individ; og

å slippe inn fluid til midtre sjikt 2 slik at indre sjikt 3 sitter tett på hodebunnen og påfører elektrodene/sensorene tilstrekkelig trykk for å oppnå et godt signal Kort beskrivelse av tegninger

Fig. 1: Snittegning av en anordning ifølge oppfinnelsen sett forfra, uten vakuum.

Fig. 2: Snittegning av en anordning ifølge oppfinnelsen sett forfra, med vakuum.

Fig. 3: Eksempel på plasseringen av elektroder på den indre hetten når individet har et stort hode. Fig. 4: Eksempel på plasseringen av elektroder på den indre hetten når individet har et lite hode. Fig. 5: Snittegning av en anordning ifølge oppfinnelsen sett fra siden uten vakuum. Fig. 6: Snittegning av en anordning ifølge oppfinnelsen sett fra siden med vakuum, etter tilpasning til et individ.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Den tekniske løsningen har mange bruksområder som EEG, HEG og MEG, men oppfinnelsen beskrives her mer detaljert i forhold til QEEG (Quantitative

Electroencephalography) for å illustrere hvilke problemer oppfinnelsen bidrar til å løse. QEEG er en form for EEG der en operatør plasserer flere (21+) elektroder på hodet for å registrere hjernens elektriske aktivitet. Hjerneaktiviteten registreres over et tidsrom, og blir ofte presentert som et topografisk kart. De topografiske kartene blir ofte sammenlignet mot normative databaser (databaser med topografiske kart). Det er derfor viktig at elektrodene i QEEG systemet er plassert riktig for å få et korrekt sammenligningsgrunnlag. Elektrodene blir derfor som regel plassert etter det internasjonale 10-20 systemet. Det er en stor utfordring å få samme resultat ved to målinger, derfor vil et mer standardisert system enn det som finnes i dag være fordelaktig. Fig. 1 viser avstanden mellom elektrode-/sensorpunktene (1) før fluid blir pumpet ut av mellomsjiktet (2). Ved utpumping av fluid, Fig. 2, vil den elastiske hetten (3) utvide seg uniformt, og avstandene mellom elektrode/sensorpunktene i X-planet vil øke med like mye. Fig. 3 og 4 viser avstanden mellom elektrode/sensorpunktene i X- og Y-planet, henholdsvis når et individ som bruker hjelmen har et stort hode (som for en voksen, her med 58 i hodestørrelse)) og når et individ har et lite hode (som for et barn, her med 42 i hodestørrelse). På denne måten vil elektrodene få en korrekt plassering uavhengig av hodestørrelsen til individet som skal bruke anordningen. Fig. 5 og 6 viser en av flere mulige utførelsesformer av oppfinnelsen. Her vist som en type hjelm bestående av et stivt skall (4) og en elastisk hette (3), knyttet sammen ved en fluidtett sammenføyning (10). Sammenføyningen (10) er fortrinnsvis konstruert slik at den elastiske hetten kan tas av og på for å lette rengjøring, reparasjon av elektroder/sensorer (5), bytte type av hette (3) og lignende. Elektrodene/sensorene (5) er festet på, og penetrerer, den elastiske hetten (3) ved hjelp av en fluidtett sammenføyning og ledningene (8) tilhørende disse elektrodene/sensorene er ført ut gjennom en lufttett kobling (6). Ledningene (8) er videre koblet til EEG-målingsutstyr (11). Fluidtrykket blir regulert via en vakuumpumpe (7) tilkoblet gjennom det ytre stive skallet (4) ved hjelp av en ventil (9). Fluidet i denne utførelsesformen er luft.

Materialet som brukes i hetten (3) kan være ethvert egnet elastisk materiale som er fluidtett. Dette inkluderer forskjellige typer naturlige eller syntetiske gummier og elastomerer. Mer spesifikt kan dette være for eksempel lateks eller neopren. Hetten vil ha et variabelt antall punkter for gjennomføring av sensorer/elektroder (5). Antallet elektroder/sensorer og plasseringen av disse vil være avhengig av hvilken målemetode som brukes.

Materialet i det ytre skallet (4) kan være ethvert egnet stivt fluidtett materiale, inkludert forskjellige typer plast, glassfiber, metall, fiberarmert plast, keramiske materialer og lignende.

Materialet som anvendes i sjiktet (2) mellom det ytre skallet (4) og den indre hetten (3) kan være et fluid som luft og/eller ethvert egnet uniformt materiale som kan komprimeres/ekspanderes avhengig av lufttrykk, som for eksempel et skum, polymer, skumgummi eller svamp.

Antallet elektroder/sensorer kan varieres fira 1 til 256 avhengig av hvilken metode som brukes. I figurene 1-2 og 5-6 er antallet elektroder som er synlige på snittegningene tilpasset en hette med 128 elektroder.

Ved EEG-målinger brukes det i tillegg til overnevnte elektroder to referanse- eller jordingselektroder som ikke er avhengige av å være integrert i hjelmen, men som festes på ørene med en spesiell kobberklype med gele. Disse kan også integreres i hjelmen. Referanseelektrodene er vesentlige og brukes i alle QEEG oppsett, men siden de festes på øreflippen eller mastoiden (rett bak øret) er det ikke nødvendig å bruke tilpasningssystemet for å optimalisere posisjonen.

Elektrodene/sensorene kan være av enhver type som anvendes for målinger av signaler til hjernen. Ved anvendelse innen medisinsk/nevropsykologisk diagnostikk og behandling vil "våte" elektroder være foretrukket da disse gir det beste signalet. Med "våte" elektroder menes elektroder som benyttes i kombinasjon med en gel/pasta/væske for å gi bedre kontakt med hodebunnen. Ved annen bruk hvor kravene til signalkvaliteten ikke er like høye vil tørre elektroder også kunne brukes, og i mange tilfeller være foretrukket da disse er rimeligere og enklere å bruke.

I den viste utførelsesformen er ledningene fra elektrodene ført ut gjennom det ytre skallet. I andre utførelsesformer kan disse samles i en sender/mottaker inkorporert på eller inne i hjelmen og signalene kan dermed overføres trådløst til en ekstern mottaker. Foreliggende oppfinnelse vil bidra til å øke reproduserbarheten av EEG-målinger, gjøre det mulig å utføre slike og andre målinger (HEG og MEG) på en raskere måte pga. den forenklede tilpasningen av elektroder/sensorer og å unngå å måtte ha sensor/elektrodehetter i flere forskjellige størrelser. I tillegg gjør oppfinnelsen det lettere å integrere blant annet EEG-målinger for bruk i for eksempel styring av fly, roboter og dataspill.

Sammenføyningen (10) kan gjøres ved enhver egnet metode, som for eksempel liming, sveising, klemmer, fluidtett glidelås, klemmelist, klipslist i gummi eller plast, teip og lignende.

Hjelmen kan også utstyres med en hakestropp for ytterligere å stabilisere posisjonen/plasseringen på hodet. Andre løsninger for å få en slik effekt kan være bruk av for eksempel bøyler, øreklaffer eller lignende.

Claims (10)

1. En anordning for plassering og fastholdelse av sensorer på hodebunnen til et individ, bestående av et ytre sjikt 4 knyttet sammen med et indre sjikt 3, og adskilt av et midtre sjikt/hulrom 2 fylt med et fluid og valgfritt et materiale som lar seg uniformt komprimere/ekspandere ved hjelp av fluidtrykk, ytre sjikt 4 og indre sjikt 3 utgjør veggene av nevnte hulrom, hvor ytre sjikt 4 er i et stivt og fluidtett materiale, indre sjikt 3 er i et fluidtett materiale med punkter for plassering av sensorer eller elektroderkarakterisert vedat anordningen videre omfatter en pumpe for evakuering av fluid fra midtre sjikt 2, en mekanisme for trykkregulering av midtre sjikt 2 og at materialet i indre sjikt 3 er elastisk.

2. En anordning ifølge krav 1 hvor elektrodene er tilpasset for bruk i EEG, MEG eller HEG, fortrinnsvis EEG.

3. En anordning ifølge krav 1 hvor punktene for plassering av elektroder er i henhold til 10-20 systemet.

4. En anordning ifølge krav 1 hvor indre sjikt 3 består av en naturlig eller syntetisk gummi.

5. En anordning ifølge krav 3 hvor den syntetiske gummien er lateks eller neopren.

6. En anordning ifølge krav 1 hvor materialet i midtre sjikt 2 er svamp eller skumgummi.

7. En anordning ifølge krav 1 hvor fluidet i midtre sjikt 2 er luft.

8. En anordning ifølge krav 1 hvor mekanismen for trykkregulering er en ventil.

9. Anvendelse av en anordning ifølge krav 1 for QEEG-analyse.

10. En fremgangsmåte for plassering av elektroder på hodet til et individkarakterisert vedat den omfatter trinnene: å pumpe fluid ut av midtre sjikt 2 hos en anordning for plassering og fastholdelse av sensorer på hodebunnen til et individ, bestående av et ytre sjikt 4 knyttet sammen med et indre sjikt 3, og adskilt av et midtre sjikt/hulrom 2 fylt med et fluid og valgfritt et materiale som lar seg uniformt komprimere/ekspandere ved hjelp av fluidtrykk, ytre sjikt 4 og indre sjikt 3 utgjør veggene av nevnte hulrom, hvor ytre sjikt 4 er i et stivt og fluidtett materiale, indre sjikt 3 er i et elastisk og fluidtett materiale med punkter for plassering av sensorer eller elektroder hvori anordningen videre omfatter en pumpe for evakuering av fluid fra midtre sjikt 2 og en mekanisme for trykkregulering av midtre sjikt 2 at sjikt 3 ekspanderer til ønsket størrelse å plassere nevnte anordning på hodet til et individ; og å slippe inn fluid til midtre sjikt 2 slik at indre sjikt 3 sitter tett på hodebunnen og påfører elektrodene/sensorene tilstrekkelig trykk for å oppnå et godt signal