由微控 制器(M⑶)读取的模拟至数字(A/D)转换器。微控制器经由UART将测量值串行输出至无线RF 模块。经采样的温度信号在EEG测量之间是时间多路复用的，并且通过串行数据流通过无线 发送器被发送至主机接收器MCU(PC、平板PC或智能电话）。前导标识符被包括在传输中以将 温度数据与EEG数据分开。因为来自热敏电阻的热响应是非线性的，所以可以在MCU主机处 使用曲线拟合或校准查找表以将热敏电阻的电阻值转换成经校准的温度值。
[0114] 具有模拟输出电压的半导体温度传感器
[0115] 如图19B所示，有线性模拟输出电压的半导体温度传感器也可以用于直接接口至 A/D转换器。如本领域的技术人员中已知的，半导体温度传感器是在一个芯片上将温度感测 元件与信号调节、输出和其他类型的电路结合的1C。其依赖p-n结两端的响应于温度变化的 电压变化来确定环境温度。Microchip MCP9700是一个实例。该设备仅需要电源电压并且提 供线性的1 〇mv/ °C模拟输出电压。
[0116] 数字温度传感器
[0117] 如图20所示，除了模拟输出温度传感器以外，也可以使用数字输出温度传感器 210。数字温度传感器210的安装类似于上述热敏电阻。数字传感器210使用半导体来测量温 度并且提供数字串行输出以用于温度测量。ST STTS751是提供数字串行输出接口的数字温 度传感器210的一个实例。数字温度传感器210的优点是其不需要进一步放大或A/D转换器。 串行信号直接附接至嵌入式MCU上的数字输入。来自嵌入式MCU的数字输出时钟设置串行数 据传输速率。串行值直接标定为摄氏度°C。
[0118] 点红外（IR)温度传感器
[0119] 测量患者的温度的第四种方法使用微型点红外传感器。该传感器也可以被安装至 REM电子外壳的外部。然后IR传感器通过在可弃型弹性头带中打出的孔来以非接触方式来 测量患者的前额温度。
[0120] 可能更准确地的是，IR传感器220也附连至EEG耳夹222并且获取患者耳道中的点 温度测量值，如图21A所示。除了点IR传感器220以外REF 224电极和GND 223电极经由线缆 221将电信号传回至REMJexas Instrument TMP006是微型校准红外点传感器的一个实例。 图21B示出了红外热电堆传感器220到REM内的嵌入式MCU的简单数字接口。
[0121] 多点成像红外（IR)温度传感器
[0122] 也可以进行患者面部的多点温度测量。Melexis MXL90620是可以用于对患者头部 进行热成像的16X4有源像素热阵列的实例。传感器230可以被安装至从REM延伸的刚性导 线，以使得能够进行正确的定位以用于捕获患者面部的IR图像。MXL906520具有连接至MCU 数字I/O线的串行接口，如图22所示。
[0123] 基于加速度计的测量
[0124] 与上面描述的非常类似，本发明的另一实施方案将多轴加速度计和陀螺测试仪并 入电子模块中。例如，3轴加速度计和3轴陀螺测试仪被安装到REM内的生物传感器模块上， 并且通过UART、SPI或12C数字串行接口来接口到嵌入式MCU。或者，模拟输出被接口到嵌入 式模拟至数字转换器（A D C )。用于这些功能的普遍使用的芯片包括各种 STMicroelectronics 1C如LIS 33DL 2823加速度计 1C芯片、LIS302DL加速度计、LIS331DL 加速度计和具有ΑΚΜ AK8973电子罗盘的STMicroelectronics LIS331DL加速度计。对于九 个自由度，可以选择使用STMicroelectronics LIS331DLH加速度计和L3G4200D陀螺测试仪 以及AKM8975电子罗盘，或者L3G4200DH 3轴数字MEMS陀螺测试仪和LIS331DLH 3轴MEMS加 速度计。
[0125] 本发明包括具有数字输出接口的各种市售3、6或9自由度解决方案中的任意一个 的安装，该数字输出接口由嵌入式Μ⑶捕获然后本地存储在SD/microSD卡上或者经由蓝牙 RF无线电无线地传输至Μ⑶或者经由USB串行接口有线传输至MCU。通过实时操作系统环境 来使各种数据流的同时记录保持就位(in place)，在实时操作系统环境中，时间戳被放置 在所有样本上以用于非嵌入式MCU(PC、平板PC或智能电话)中的最终重建。
[0126] 基于脉搏血氧测定的测量
[0127] 如本领域的技术人员已知的，脉搏血氧计通过对脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白的 红外和红光吸收特性进行感测来测量血氧。如图23中所示，血氧计包含感测探针232,该感 测探针232使用例如带子231来附接至对象的耳垂、脚趾、手指或其他可用的身体部分或表 面，并且连接至数据获取系统233以用于计算和显示氧饱和度水平、心率和血流量。光源(通 常为发光二极管(LED))发射可见红光和红外光。脱氧血红蛋白使得更多红外光能够穿过并 且吸收更多可见红光。高度氧合血红蛋白使得更多可见红光能够穿过并且吸收更多的红外 光。血氧计对那些波长与血红蛋白的氧饱和度(或去饱和度)成比例的光的量进行感测和计 算。在吸收测量中使用光要求设计人员具有使用电流作为输入信号的真正的"光至电压"转 换。图23是在手指周边安装的REM模块的示意图，而图24是包括感测探针236、带子235、LED 237和LED 238和数据获取系统239的在手腕或脚踝周边安装的REM模块的示意图。
[0128] 脉搏血氧仪通过透射模式或反射模式来测量心率和动脉氧二者。若干厂家销售 OEM模块和设计。Nonin Medical在该领域众所周知。同时，较低端的实施方案采用Texas Instrument的高度集成MSP430FG437嵌入式MCU，其减少了外部元件的数目。使用 MSP430FG437微控制器(MCU)的非侵入式光学脉搏血氧计的设计包括与嵌入式MCU结合的周 边探针，该嵌入式MCU在LCD玻璃上显示氧饱和度和脉搏率，或者传输用于记录的数据。在该 设计中，同一传感器用于心率检测和脉搏血氧测定。在图23所示的探针232被放置在身体的 周边点例如指尖、耳垂或鼻子上。探针包括两个LED 234, 一个LED处于可见红色光谱 (660nm)，另一个LED处于红外光谱(940nm)。在光被发射通过身体之后通过测量每个频率的 光的强度来确定身体中的氧的百分比。然后，计算两个强度之间的比值。更高质量的实现可 以利用TI IVC102a和TI IVC102b芯片结合ADS 1255 ADC和MSP430或数字信号处理器。若干 设计可以从TI的健康技术产品线中获得。此外，TI提供他们的TMDXMDK08328脉搏血氧计P0 或Sp02模拟前端(Analog Front End，AFE)模块。
[0129] 脉搏血氧计电路集成到REM中和探针附接到耳或前额是用于头部上的REM以及用 于手指、手腕或脚踝REM的本发明的一部分。心率、血氧结合EEG脑波数据的组合收集是本发 明的一个独特方面。
[0130] 皮肤电反应或皮电反应
[0131]皮肤电反应(GSR)或皮电反应(EDR)是电皮肤阻抗由于心理状态而产生的改变。该 改变是由人的汗腺活动的程度所引起的。心理压力倾向于使腺体更加活跃，这降低了皮肤 的阻抗(通常被测量为微西门子）。一般的设计以10Hz跨两个电极进行采样。为了测量皮肤 电导（Skin Conductance，SC)，跨这些电极施加非常小的电压(0.5V)。通过测量流过的电 流，能够测量电导。根据欧姆定律，阻抗等于电压除以电流，因此电导等于电流除以电压，即 电阻的倒数。电阻的单位是欧姆，并且电导一度被表示为姆欧，但是电导的优选单位是微西 门子。其是兆欧姆的倒数。零阻抗(短路)是无限电导，1兆欧姆是1微西门子，2兆欧姆是0.5 微西门子，100k欧姆是10微西门子，以此类推。
[0132] 在本发明中，可以选择将两个附加电极放置在REM内表面上，并使得能够在EEG传 感器的附近测量它们之间的皮肤电导，或更引人注意的是，耳上的两个电极在不被用于EEG 时可以以10Hz多路复用。如果需要，四个电极可以被放置在一个耳上或者在一个耳上的两 个电极可以用作EEG的REF和GND，而两个不同的电极可以被放置在对侧的耳上以用于同时 进行同时期的GSR测量。在一个示例性实施方案中，EEG、GSR、脉搏血氧测定(针对心率和动 脉氧）、温度和基于加速度计的数据流全部由基于头部的REM来进行收集。
[0133] 脑血液灌注和血管运动反应性
[0134] 脑血液灌注(CBP)或评估脑的脉管系统的其他手段可以用作另外的生物传感器数 据流。例如，临时插入对象的耳道内的微型麦克风可以在以下情况对通过基于脑的脉管的 血液循环和灌注所发出的十分微小的听觉声音进行记录：（i)在对象处于静止时或者（ii) 在活动的任务期间例如(a)换气过度、（b)呼吸C02或(c)呼吸纯度提高的含量相对干燥空气 大于21 %的氧气。可以使用高精度模拟至数字转换器(ADC)以高采样率(例如从8，000样本/ 秒到超过50，000样本/秒)对该被动的麦克风记录进行采样，使得16位或24位数字输出有线 地或无线地被传输到附接至身体的REM。记录的长度可以不同，并且可以在对象从事标准认 知和感官任务时获取。
[0135]然后这些生物信号可以被信号预处理，然后信号被处理以用于与疾病状态或损伤 状况相关联的脑血液灌注差异。例如，可以分析这些被动的基于麦克风的测量值和声音以 检测脑震荡或创伤性脑损伤的情况下对脉管的伤害。在该替选方案中，血流音中的这些被 动缺陷可以单独地或在多变量统计预测模型中使用以区分例如患有阿尔茨海默病、帕金森 病或其它神经系统脑相关疾病、损伤或病症(例如偏头痛或神经性疼痛)的患者的神经退化 脑。本发明及其在神经精神疾病和心理疾病中的用途同样是偶然的，因为可以想见抑郁症、 双相情感障碍、精神分裂症、焦虑症与其他基于精神的精神病症等中的基于脑血液灌注的 差异。
[0136] 本实施方案的小修改则可以用于测量人类或动物对象的"血管运动反应性" (vaso-motor reactivity，VMR)。然后较差的VMR将可能是死亡、TIA或中风的风险增加的指 示。测量VMR的一个示例性方案将由2分钟周期的深呼吸或者通过口腔过度换气组成。可以 研究脑相关损伤和疾病状态中的VMR的损害。如果该损害被观察到，其将很不幸地提供对象 体内显著血液动力学改变的证据。
[0137] 非限制性说明性方案可以由1分钟的被动耳道麦克风记录组成以评估CBP。然后让 对象通过他们的口腔过度换气2分钟，其中，然后再次记录方案的下一分钟或第四分钟同时 患者继续过度换气作为VMR的评估。因为已知与过度通气相关联的EEG偏移是EEG的幅度上 升而峰值频率下降，所以该实施方案可以是评估二者的有用措施。
[0138] 周边电子模块(Peripheral Electronic Module)收集除了基于头部的REM以外的 肢体数据
[0139] 本发明还包括在头部REM收集脑/颅骨相关的生物信号数据的同时，使用周边电子 模块来收集一个手臂或双臂的手/手腕处或一条腿或双腿的脚/脚踝处的肢体数据。例如， 在人对象在脑震荡成套测验检验期间正在经历基于前庭或平衡的评估时，可以依照平衡性 失误评分系统(Balanced Error Scoring System)或BESS要求人对象以各种姿势站在坚固 的表面上。如目前所做的，并不存在以各种主观失误对人对象进行主观评分和评估的运动 教练或管理者，多轴加速度计可以在执行任务的同时基于人对象的头部移动和运动来测量 人对象的稳定性的客观生物信号，同时EEG传感器收集同时期脑波数据。类似的加速度和位 置/运动传感器放置在手和/或脚附近以进一步捕捉肢体运动，并且在人对象被要求站在弹 性或不稳定表面上时使用客观数据来评估人对象应对变化的能力，同时头部REM中的加速 度计和陀螺测试仪继续测量头/躯干稳定性。在一个实施方案中，由附接至手或手腕的肢体 REM收集另外的加速度计数据，而附接在脚踝附近的第三REM在每个物理位置(头部、手、脚） 处使用基于3、6或9自由度的系统来简单地、定量地和低成本地对人对象的平衡能力进行进 一步量化。除了在坚固表面上进行这些平衡性相关的任务以外，由牢固塑料制成的可充胀 和可弃型枕头或气垫的使用提供了一种对在原始且未使用的柔软且不稳定的弹性表面上 的人对象进行评估的成本低廉的方法。当可允许使用可重复使用的泡沫垫时，类似于BESS 说明中所建议的Airex模型，对于A与B比较，它们是优秀的第二表面。在多个人对象的重复 使用不被允许情况下，例如在医学评价和评估中，用于人对象站在其上的紧凑的可弃型的 并且价格低廉的弹性并且不稳定的可充胀枕头设备的使用，可以有利地在脑震荡或其他平 衡性/前庭系统评估中提供辅助，并且是本发明的一部分。这里，可以使用同一A与B比较，但 是单次使用可弃型不稳定表面具有额外的好处。
[0140] 移动周边Μ⑶作为周边REM来从内置传感器进行纪录
[0141]在本发明中优选的是使用商业MCU设备(包括除了基于手腕的REM以外或取代基于 手腕的REM的笔记本PC、平板PC和智能电话）中的内置传感器。具体地，大多数移动MCU具有 下述内置MCU传感器中的某些类型：
[0142] 1、键盘八鼠标或触摸屏，
[0143] 2、麦克风，
[0144] 3、加速度计，
[0145] 4、摄像头或眼跟踪生物传感器，
[0146] 5、温度，
[0147] 6、磁罗盘，
[0148] 7、GPS全球定位系统。
[0149]作为非限制性的实例，记录神经心理数据通过键盘敲击、鼠标点击或触摸屏面板 事件来发生，其中，每个针对每个事件提供3维向量(x、y、t)，其中x、y是事件在屏幕上发生 的位置的坐标(最通常指示正确或不正确），t事件是相对于一些内部主实验时钟(通常为周 边MCU的系统时钟，但也许是内置在更先进的v3.0和v4.0协议的蓝牙无线电设备中的更快 的实时时钟）的时间。因此，只要在每个实例中将鼠标点击、键盘敲击或接触面板事件与其 自身相比较，它们在某种程度上是等价的。附加数据从光标或手指的先前实例可推导，其中 通过回顾几个时钟周期来推断方向和速度信息以确定位置或速度(速度和方向二者）的导 数。该数据流提供相当于当今所进行的许多神经心理测试的等同物，包括相当于CogState 认知成套测试、ImPACT测试、CANTAB成套测试以及其他类似的计算机交付的神经认知评估 检验的数据。
[0150] 此外，大多数这些MCU设备具有用于呈现听觉刺激的声卡，但还具有记录语言相关 的任务和刺激期间人对象之声音和响应的麦克风。因此，8位8k采样/秒的麦克风记录能够 用作基本或最低水平的数据，而16位16k采样/秒或16位22k采样/秒记录提供了更高保真度 的数据流，同时会增加对数据传输的限制。例如，在PASAT任务期间，来自麦克风的记录可以 用于要在稍后的离线时间待被提取的自动评分、反应时间信息和其他信号处理特征。在任 一情况下，麦克风的记录提供了的便利的第二内置传感器数据流以用于对人对象进行全面 分析。
[0151] 内置加速度计(其通常包括陀螺测试仪和磁罗盘传感器)使