神经生理干性传感器的制作方法

本申请是于2012年7月18提交的美国专利申请序列号No. 13/551,917的部分继续，题为“神经生理干性传感器”。

技术领域

本发明涉及传感器领域。更具体而言，本发明涉及用于收集来自对象的脑波数据的干性传感器。

背景技术：

本发明涉及用于记录来自对象的神经生理信号的干性传感器。现有技术传感器探针组件在极大程度上取决于在对象头盖骨上的所关心区域的准备、凝胶状传导性材料的应用、和探针在准备好且胶凝位置处对对象头盖骨的附接。

由于在电子领域中已取得进步，故已变得期望从实验室或测试设施环境的外部的对象至的获得神经生理信号数据，而不需要准备凝胶并将其应用至所关心的位置。因此，需要改善提供干性传感器的设备和方法，且本发明指导这些需求。

技术实现要素：

根据优选实施例，传感器组件至少包括提供多个传导性尖顶的传感器探针、与该传感器探针电气地连通的可压缩导电部件、与该可压缩导电部件电气地连通的信号处理电路、封闭该可压缩导电部件和传感器探针的壳体、支撑该传感器探针并且与该壳体协作以封闭该可压缩导电部件的传感器探针支撑部件、和应用至所述尖顶的神经诊断电极糊的膜，该应用至该尖顶的膜提高对象脑波信号到脑波处理系统的改善的传导性。在涂布有膜的尖顶适应于在对象头盖骨上呈现的化学性质时，对象对该传感器组件的持续使用改善对象脑波信号的传导性。

在阅读下列详细描述并且在检查相关附图之后，为要求保护的本发明的特性的这些和各种其他特征和优点将是显而易见的。

附图说明

本发明作为示例示出且不限于附图的图中，在附图中，相似的标号指示相似的元件，并且在附图中：

图1是创造性的传感器探针组件的实施例示范的顶部平面视图。

图2是图1的创造性的传感器探针组件的传导性销的实施例示范的立视图。

图3是图1的创造性的传感器探针组件的实施例示范的前侧立视图。

图4是图1的创造性的传感器探针组件的实施例示范的创造性的传感器探针组件的实施例示范的前侧立视图，其示出可挠曲、导电的销固连部件和配合至其的相关多个导电销。

图5是创造性的传感器探针组件的备选实施例示范的顶部平面视图。

图6是图5的创造性的传感器探针组件的导电销的备选实施例示范的前立视图。

图7是图5的创造性的传感器探针组件的备选实施例示范的前侧立视图。

图8是图5的创造性的传感器探针组件的实施例示范的创造性的传感器探针组件的备选实施例示范的前侧立视图，其示出可挠曲、导电的销固连部件和配合至其的相关多个导电销。

图9是图6的导电销的实施例示范的前立视图，其示出头部部分、末端部分、和配置在其间的主体部分。

图10是图2的导电销的实施例示范的前立视图，其示出具有凸面形状的头部部分、末端部分、和配置在其间的主体部分。

图11是图2的导电销的备选实施例示范的前立视图，其示出具有凹面形状的头部部分、末端部分、和配置在其间的主体部分。

图12是图2的导电销的实施例示范的前立视图，其示出具有大致平坦顶表面的头部部分、末端部分、和配置在其间的主体部分。

图13是图9、10、11或12的导电销中的任一个的备选末端构造的局部剖开前立视图。

图14是图9、10、11或12的导电销中的任一个的备选末端构造的截面、局部剖开前立视图。

图15是图9、10、11或12的导电销中的任一个的备选末端构造的局部剖开前立视图。

图16是图9、10、11或12导电销中的任一个的备选末端构造的局部剖开前立视图。

图17是产生图1或图5的创造性的传感器探针组件的实施例示范的方法的流程图。

图18是本新颖传感器组件的实施例示范的前立视图。

图19是图18的新颖传感器组件的底部平面视图。

图20是图18的新颖传感器组件的前立视图分解视图。

图21是本新颖传感器组件的备选实施例示范的前立视图。

图22是图21的本新颖传感器组件的备选实施例示范的侧立视图。

图23是图21的本新颖传感器组件的备选实施例示范的侧立视图，其与脑波处理系统连通。

图24是图18、21或23的本新颖传感器组件的实施例示范的优选信号处理电路的示意图。

图25是使用图18、21或图23的创造性的传感器组件的实施例示范的方法的流程图。

图26是创造性的传感器探针组件的壳体的备选实施例的截面立视图。

图27是本新颖传感器组件的备选实施例、示范的信号导体的立视图，该新颖传感器组件用于将脑波信号连通至脑波处理系统。

图28是本新颖传感器组件的备选实施例、示范的可压缩导电部件的立视图。

图29是提供多个传导性尖顶的传感器探针的截面立视图。

图30是本新颖传感器组件的备选实施例示范的用于图29的传感器探针的传感器探针支撑部件的截面立视图。

图31是本新颖传感器子组件的备选实施例示范的截面立视图。

图32是用于在图29的传感器探针的尖顶上使用的一些神经诊断电极糊的平面视图。

图33是用于图29的传感器探针的尖顶的盖的截面立视图。

图34是本新颖传感器组件的备选实施例示范的截面立视图。

图35是通过图30的传感器探针支撑部件与图29的传感器探针的组合而形成的备选传感器探针组件的截面立视图。

具体实施方式

将容易理解的是，如在本文中的图中大体描述和示出的本发明的元件可布置并设计为广泛种类的不同构造。现在详细地参考优选实施例的附图，第一优选实施例的图1的传感器探针组件10(在本文中也称为组件10)，当能够用于生物生理传感应用中时，其特别适合用作神经生理信号传感器构件。因此，将结合将传感器探针组件10用作神经生理信号传感器构件的优点来描述图1的第一优选实施例的组件10。优选地，传感器探针组件10可移除、可替换、可更换且是可丢弃的。

在图1的优选实施例中，传感器探针组件10包括至少一个传导性销固连部件12，其管理多个传导性销14。优选地，多个传导性销14为导电的，并且如图3所示，当与传导性销固连部件12按压接触时，形成传感器探针组件10，传感器探针组件10产生低阻抗神经生理信号传感器构件。

在优选实施例中，传导性销14(其示例由图2所示)至少包括头部部分16、末端部分18、和配置在头部部分16与末端部分18之间的主体部分20。优选地，各传导性销14由无腐蚀性材料形成，诸如不锈钢、钛、青铜，或在从至少包括聚合物和金属的组中选取的刚性基底上的金镀层。优选地，头部部分16具有比主体部分20直径大的直径。

如图4所示，优选地，传导性销固连部件12为可挠曲的且由聚合物形成。优选地，传导性销固连部件12的导电性通过包括嵌入在聚合物内的传导性粒子而实现。一个这种组合为由Philadelphia, Pennsylvania的Stockwell Elastomerics, Inc.提供填充碳的硅片材料。然而，如在本领域中已知的，传导聚合物可由填充有传导性粒子的多种聚合物材料形成，其形状可使用已知的制造技术来形成，至少包括模制、挤压冲模和切片成适当厚度，形成为片，和：冲切；用热线设备切割；高压水喷射、或钢尺冲模。

图5示出传感器探针组件22的备选实施例，其优选地由传导性销固连部件12和多个备选的优选传导性销24形成。如由图6所示，优选地，各备选的优选传导性销24包括头部部分26、末端部分28、和主体部分30，其中，头部部分26和末端部分28具有与主体部分30大致相等的直径。然而，技术人员将理解的是，传导性销可具有彼此不同的头部、末端和主体部分直径。例如，主体部分可具有比末端部分或头部部分大的直径，以将适应传导性销到传导性销固连部件中的嵌件成形。还要理解的是，与由图2和图6所示的传导性销的任何合适的截面几何形状的圆柱体构造不同，传导性销可呈现如下外形，该外形包括在主体、末端或头部部分中的弯曲。还进一步要理解的是，传导性销可由多个独立构件形成，包括但不限于弹簧、或可由盘绕的或其他形式的弹簧单独形成。

与优选传导性销14时一样，备选的优选传导性销24由无腐蚀性材料形成，诸如不锈钢、钛、青铜、或在从至少包括聚合物和金属的组中选择的刚性基底上的贵金属镀层。

图7示出传导性销24，其分别突出穿过各顶部和底部表面32和34，以利用匹配的构件来适应备选传感器探针组件22的改善的传导性。而图8示出备选传感器探针组件22优选地保留图4的传感器探针组件10的可挠性特征。

图9、10、11和12示出适于用在传导性销上的多个头部构造中的仅一些。选择的特定构造随传导性销电气地协作的装置或构件而变。当连接器用于与传感器探针组件(诸如10或22)对接时，精确的构造将取决于与连接器相关的销的类型和构造，包括该销是公销还是母销。

图13、14(截面视图)、15和16示出适于用在传导性销上的多个末端构造中的仅一些。选择的特定构造随用于形成传导性销的材料和该传导性销将放置在其中的环境而变。使用环境的示例包括，传感器将放置在头盖骨上的何处，是否有头发，和对象对传导性销末端的敏感性。

图17示出制作传感器探针组件(诸如10或22)的方法100。该方法以开始步骤102开始，并且前进至过程步骤104，在此提供可挠曲的传导性销固连材料(在本文中还称为可挠曲、导电的聚合物基底)。在过程步骤106处，由该可挠曲、导电的聚合物基底形成可挠曲、导电的销固连部件(诸如12)。

该过程在过程步骤108处继续，提供多个导电销(诸如14)。在过程步骤110处，多个导电销中的各个固定至可挠曲、导电的销固连部件，并且该过程在结束过程步骤112处以传感器探针组件的形成结束。

转到图18，其中示出新颖、创造性的传感器组件200的实施例。优选地，该传感器组件200至少包括提供多个传导性销14的传感器探针组件10、和与传感器探针组件电气地连通的可压缩导电部件202。优选地，可压缩导电部件202由填充有传导性粒子的聚氨酯聚合物形成，传导性粒子优选为碳粒子。一个这种组合为由Richardson, Texas的Correct Products, Inc.提供的低密度黑色传导聚氨酯开孔可挠曲传导泡沫材料。然而，如在本领域中已知的，传导聚合物可由填充有传导性粒子的多种聚合物材料形成，其形状可使用已公知的制造技术来形成，至少包括模制、挤压冲模和切片成适当厚度，形成为片，和：冲切；用热设备切割；高压水喷射、或钢尺冲模。

如由图18进一步所示的，新颖、创造性的传感器组件200的实施例至少包括：信号处理电路204，其与可压缩导电部件202电气地联通；和壳体206，其封闭传感器探针组件10、可压缩导电部件202、和信号处理电路204，以形成传感器组件200。

图19示出具有连续曲线构造的传感器组件200的优选实施例，然而，本领域技术人员将认识到，传感器组件200可呈现任何几何形状。还要注意的是，传感器探针组件10由壳体206以可替换传感器探针组件而不拆卸整个传感器组件200的方式封闭。

图20的传感器组件200的优选实施例的右侧截面视图和正视图露出刚性传导部件208、和多个支架210，其配置在信号处理电路204和导电部件202(示为处于其解除压缩形式)之间。优选地，刚性传导部件208与信号导体212电气地相互作用，且该信号导体212与信号处理电路204电气地连通。优选地，这些支架210附连至信号处理电路204，并且作用为在可压缩导电部件202上提供轻微的压缩负载。该压缩负载允许可压缩导电部件202在更换探针组件时解除压缩。当传感器探针组件不在传感器组件200的剩余构件中时，该特定特征提高壳体206内的其余构件的稳定性。

如由图20进一步所示的，图18的壳体206优选地包括构件室214、和封闭盖216。构件室214优选地包括封闭盖固持特征218，其与封闭盖216的固持部件220相互作用。在优选实施例中，封闭盖216“扣”到构件室214上。在优选实施例中，构件室214和封闭盖216由形状固持材料形成，其提供足够的可挠曲性，以允许封闭盖216的固持部件220经过构件室214的封闭盖固持特征218，并且然后将封闭盖216与构件室214锁在一起。如本领域技术人员将认识到的，存在适用于该目的的多种工程材料，包括但不限于金属、聚合物、碳纤维材料、和层压材料。

在传感器组件200的优选实施例中，封闭盖216还至少包括信号处理电路固持特征222和由信号处理电路固持特征222支撑的连接器销224，而构件室214还至少包括：传感器探针组件固持特征226；配置在封闭盖固持特征218与传感器探针组件固持特征226之间的侧壁228；和由侧壁228提供且邻近封闭盖固持特征218的保持特征230。

在传感器组件200的该优选实施例中，可压缩导电部件202的可压缩性提升了改变传感器探针组件10而不干扰信号处理电路204与刚性传导部件208之间的相互作用，或者改变处理电路204和刚性传导部件208而不干扰传感器探针组件10的能力。当从传感器组件200的优选实施例中移除传感器探针组件10时，可压缩导电部件202膨胀以与传感器探针组件固持特征226相互作用，从而维持刚性传导部件208与支架210按压接触。当从传感器组件200的优选实施例中移除信号处理电路204、支架210和刚性传导部件208时，可压缩导电部件202膨胀以与保持特征230相互作用，以避免无意中将传感器探针组件10从与传感器探针组件固持特征226的连通中移除。

如本领域技术人员将认识到的，与对象的头盖骨相互作用的传感器探针组件10的销或多个销14的协作影响是促进将对象的脑波信号转移至信号处理电路204。为了促进脑波信号的传递，传感器探针组件10还提供与多个传导性销固持接触地协作的传导性销固连部件12。

图21示出新颖、创造性、独立的传感器组件300的备选的优选实施例。优选地，该独立的传感器组件300至少包括形成电容器306第一板304的导电部件302、邻近第一板304的介电材料308、与介电材料308连通的电容器306的第二板310、和与所述介电材料308电气地连通的信号处理电路312。图21还示出壳体314，其封闭电容器306的第一板304、介电材料308、第二板310、和信号处理电路312，以形成独立的传感器组件300。

图22示出该独立的传感器组件300还包括连通端口316，其用于将已处理的信号转移至外部系统以用于分析，且壳体314优选地包括构件室318和封闭盖320。构件室318优选地包括封闭盖固持特征322，其与封闭盖320的固持部件324相互作用。在优选实施例中，封闭盖320“扣”到构件室318上。

在优选实施例中，构件室318和封闭盖320由形状固持材料形成，其提供足够的可挠曲性，以允许封闭盖320的固持部件324经过构件室318的封闭盖固持特征322，并且然后将封闭盖320与构件室318锁紧在一起。如本领域技术人员将认识到的，存在适用于该目的的多种工程材料，包括但不限于金属、聚合物、碳纤维材料、和层压材料。

在优选实施例中，形成电容器306第一板304的导电部件302至少包括但不限于与传导部件328连通的多个至少部分地隔离的销326，其中，该传导部件与介电材料308直接接触地邻近。该多个至少部分地隔离的销326各自优选地具有四个自由度，即：左右摇摆(yaw)；前后摇晃(pitch)；转动(roll)；和z轴。该多个自由度适应不同对象的头盖骨中的形貌差异，以支持该新颖、创造性、独立的传感器组件300的可适应对象的、备选的优选实施例。

图23示出该新颖、创造性、独立的传感器组件330的备选的优选实施例，其具有多个备选传导性销332，然而，其余构件与该新颖、创造性、独立的传感器组件200的优选实施例的对应的其余构件大致等同。还通过图23示出脑波处理系统334，其例如可为脑电图描记器(EEG)334。

如由图24所示，信号处理电路204的优选实施例至少包括但不限于印制电路部件400、和与所述印制电路部件400相互作用的处理器402，该处理器接收来自传感器探针组件(诸如图18的200)的信号，并且将该信号通信至脑波处理系统，诸如图23的334。

信号处理电路204的优选实施例还至少包括但不限于与印制电路部件400相互作用的差分放大器404、与差分放大器404连通的参考信号406、和当传感器探针组件200与对象的头盖骨电气地接触时由传感器探针组件(诸如图18的200)提供的对象信号408。优选地，差分放大器404将参考信号406与对象信号408比较，并且丢弃通过所述参考和对象信号404和406呈现的共通的信号图案，以提供对象的天然的脑波信号。

此外，信号处理电路204的优选实施例至少包括但不限于具有数字信号处理核心的模拟数字转换器412和无限脉冲响应滤波器414，该模拟数字转换器412与差分放大器404相互作用并且处理由差分放大器404提供的天然脑波信号410，且其输出表示该天然脑波信号的数字信号，该无限脉冲响应滤波器414与模拟数字转换器412相互作用，以用作用于所述数字信号的带通滤波器。

再者，图24示出的信号处理电路204的优选实施例至少包括但不限于存储器416(在本文中也称为缓冲器416)和连通端口418，存储器416与处理器402连通且储存已处理的天然脑波信号，该连通端口优选地响应处理器402，以用于将已处理的天然脑波信号连通至脑波处理系统334。

图25示出使用信号处理电路(诸如图24的400)的方法500。该方法在开始步骤502处开始，并且前进到处理步骤504，在此提供对象的脑波参考信号(诸如406)。在过程步骤506处，捕获对象的未处理信号(诸如408)。在过程步骤508处，比较参考和未处理脑波信号的信号外形，并且移除对双方而言共通的信号外形，并且在过程步骤510处，通过移除对参考和未处理脑波信号双方而言共通的信号外形而产生天然脑波信号(诸如410)。

该过程在过程步骤512处继续，在此天然脑波信号转换为数字频带信号，并且在过程步骤514处传到IIR禁止通过(ban pass)滤波器(诸如414)。在过程步骤516处，由处理器(诸如402)确定从IRR滤波器接收的数字化信号的绝对值。要注意的是，在优选实施例中，IIR滤波器为可编程的并且响应处理器，并且多个IIR滤波器可用于捕获多种离散的禁止频率(典型地具有大约5Hz的扩展，诸如从具有大约0.5Hz到45Hz的频率范围的信号偏离10到15Hz)，或者可编程IIR滤波器可被编程以收集一定数量的离散、共通的频带样本，各样本是在预定量的时间内获得的，并且然后被重新编程以获得多个不同、离散、共通的频带样本。

该过程在过程步骤518处继续，在此处理器确定所关心的各离散带频的预定数量的绝对值样本是否已储存在缓冲器(诸如416)中。如果已捕获的期望样本的数量尚未得到满足，则该过程回到过程步骤504。如果已捕获的期望样本的数量已得到满足，则该过程前进到过程步骤520。在过程步骤520处，处理器确定多个离散带频中的各个的等效RMS(均方根)值、样本的绝对值组，并且在过程步骤522处将这些值提供至脑波处理系统(诸如334)。在过程步骤524处，该过程结束。

图26示出创造性的传感器探针组件的壳体600的备选实施例的截面立视图。优选地，壳体600提供固持隆起602和固持特征606，该固持隆起602用于对可压缩导电部件(诸如图28的604)定心，该固持特征606与图30的传感器探针支撑部件610的附接特征608协作，以将传感器探针支撑部件610固连至壳体600。

图29示出优选传感器探针612，其提供多个传导性尖顶614和可压缩导电部件封闭特征616。该可压缩导电部件封闭特征616与图28的可压缩导电部件604相互作用，以维持可压缩导电部件604在图26的壳体600内的稳定性和排列。在优选实施例中，传感器探针612由传导性聚合物形成，该传导性聚合物可由填充有传导性粒子的多种聚合物材料形成，其形状可使用至少包括模制的已知制造技术形成。尖顶614被定形成与对象的头盖骨便利地相互作用，并且提供与对象头盖骨的充分接触，以将对象的脑波信号有效地传导至可压缩导电部件604并通过其，该可压缩导电部件604与图27的信号导体618电气地连通。在优选实施例中，信号导体618将对象脑波信号经由图26的连通孔口619载运至脑波处理电路(诸如(图23的)脑波处理系统334)。连通孔口619提供用于信号导体618的通路，其与图28的各可压缩导电部件604和脑波处理系统334电气地连通。优选地，可压缩导电部件604由导电压缩弹簧形成。

图31是新颖的传感器子组件620的截面立视图，其优选地由至少以下的结合形成：壳体600；可压缩导电部件604；传感器探针支撑部件610；传感器探针612；和信号导体618。通过对图31的尖顶614添加图32的神经诊断电极糊622的膜(诸如Weaver and Company, 565 Nucla Way, Unit B, Aurora, Colorado 80011的Ten20® 传导性神经诊断电极糊)，和对传感器子组件620包括图33的盖624以用于涂布有神经诊断电极糊622的尖顶614，形成图34的传感器组件626。该神经诊断电极糊622提高对象脑波信号到图23的脑波处理系统334的改善的传导性，并且在涂布有膜的尖顶适应于在对象头盖骨上呈现的化学性质时，持续改善尖顶614的传导性。

图35是备选传感器探针组件628的截面立视图，其由图29的传感器探针612与图30的传感器支撑部件610的组合形成。

对于本领域技术人员而言将是显而易见的是，可对优选实施例进行不会脱离本发明的精神或范围的多种更改。尽管出于本公开的目的而已描述了本优选实施例，但是众多改变和更改对于本领域技术人员而言是显而易见的。只要这些改变和更改在所附权利要求的范围内，则将它们视为本发明的一部分。