一种具有前额脑电信号采集功能的头带装置的制作方法

本发明涉及脑机接口技术领域，尤其涉及一种具有前额脑电信号采集功能的头带装置。

背景技术

脑电信号是从高大脑颅内或者颅外头皮记录到的局部神经元电活动的综合，包含了丰富的生理信息，可以用于评测佩戴者的注意力和放松度，同时也能够用于脑部疾病的检测与治疗及智能控制领域。

现有的脑电信号采集装置在采集佩戴者脑电信号时，存在以下两方面问题：一是对于不同头形佩戴者适应性差；二是电极片与前额皮肤接触不紧密，知识脑电信号采集阻抗大，并且电极与头皮接触柔韧性差，佩戴使用不舒服。

技术实现要素：

鉴于上述的分析，本发明的目的在于提供一种具有前额脑电信号采集功能的头带装置，用于解决现有脑电信号采集设备存在的对不同头型适应性差，电极片与头皮接触不充分且接触弹性差，使用舒适度低等问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种具有前额脑电信号采集功能的头带装置，包括脑电信号采集单元；脑电信号采集单元包括正前额壳体，正前额壳体内设有圆柱凸台和柔性干电极，圆柱形凸台为中空柱状，圆柱形凸台的内壁上设有球窝结构；柔性干电极包括电极壳体、电极基体、电极片、弹性件、电极导线和电极盖板；电极基体设于电极壳体内，电极盖板设于电极壳体顶端，弹性件设于电极盖板与电极基体之间，电极片设于电极基体底端；电极导线穿过电极盖板、弹性件与电极片连接；电极片在弹性件的弹性作用下能够柔性伸缩移动并与佩戴者前额皮肤柔性接触；电极壳体外侧接近电极片的一端设有与球窝结构相对应的球形带，球形带与球窝结构铰接；柔性干电极在球窝结构内能够倾斜调整并与佩戴者前额皮肤相贴合。

优选地，电极壳体为方形空腔结构，球形带内侧设有导向限位凸台，电极基体远离电极片一端设有与导向限位凸台对应的卡止件，导向限位凸台通过限制卡止件限制电极片的柔性伸缩移动。

优选地，电极盖板的上盖面为圆柱形，电极盖板的底部设有方形凸台。

优选地，脑电信号采集单元还包括左前额壳体和右前额壳体，左前额壳体和右前额壳体内均设有所述柔性干电极；正前额壳体与左前额壳体之间及正前额壳体与右前额壳体之间分别设有第一角度限位构件和第二角度限位构件，第一角度限位构件和第二角度限位构件能够根据佩戴者的头型调节脑电信号采集单元的弯曲度。

优选地，第一角度限位构件和第二角度限位构件均为合页结构；正前额壳体、左前额壳体及右前额壳体均设有回转通孔；第一角度限位构件由左前额壳体、正前额壳体及其对应的回转通孔通过销轴贯穿连接而成；第二角度限位构件由正前额壳体、右前额壳体及其对应的回转通孔通过销轴贯穿连接而成。

优选地，左前额壳体、正前额壳体和右前额壳体之间的对应侧面均设有限位凸块；正前额壳体、左前额壳体和右前额壳体围绕对应销轴向外相对旋转时，所述限位凸块用于对旋转角度进行限位。

优选地，头带装置还包括脑电处理及通信单元和电池单元；左前额壳体和右前额壳体底部分别设有左支座凸台和右支座凸台，脑电处理及通信单元和电池单元分别设置于左支座凸台和右支座凸台上并通过法兰连接；脑电处理及通信单元用于对采集到的脑电信号进行处理；电池单元用于为头带装置供电。

优选地，正前额壳体、左前额壳体和右前额壳体贴近佩戴者皮肤一侧均设有魔术贴，魔术贴外层粘有海绵内衬；海绵内衬用于增加头带装置的透气性及柔软性，提高佩戴舒适度。

优选地，所述左前额壳体的左侧和右前额壳体的右侧分别设有左夹子支架和右夹子支架，左夹子支架和右夹子支架分别用于放置左耳夹电极和右耳夹电极；

左耳夹电极和右耳夹电极均作为参考电极。

优选地，左前额壳体和右前额壳体分别设有左弹性带和第右弹性带；左弹性带上设有调节孔位，右弹性带上设有头带调节扣；右弹性带上的头带调节扣与左弹性带上的调节孔位扣合。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明采用角度可调节的的脑电信号采集单元、可调节的头带调节扣及可伸缩的弹性带围成的环形头带，并利用海绵内衬作里衬，使本发明的头带装置适用于不同头型的佩戴者，并且佩戴紧密、舒适。

(2)在柔性干电极的柔性伸缩移动和倾斜调整共同作用下，电极片可以很好的贴合佩戴者的前额曲面，从而保证电极片与前额皮肤形成良好接触，既增加电极与皮肤的接触面积，降低阻抗，又能保证每个电极受力均匀，接触紧密且舒适。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1本发明提供的脑电信号采集头带装置的外观示意图；

图2本发明提供的脑电信号采集头带装置的内部结构示意图；

图3本发明提供的脑电信号采集头带柔性干电极的内部结构示意图；

附图标记：

1-脑电信号采集单元；2-柔性干电级；3-左弹性带；4-头带调节扣；5.左耳夹电极；6-脑电处理及通信单元；7-电池单元；8-正前额壳体右侧板；9-右支座凸台；10-销轴；11-正前额壳体；12-左前额壳体；13-魔术贴；14-海绵内衬；15-电极壳体；16-电极盖板；17-电极基体；18-电极片；19-螺钉；20-弹簧；21-电极导线；22-限位凸块；23-球窝；24-左夹子支架；25-导向限位凸台；26-右前额壳体。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例一

本发明提供了一种具有前额脑电信号采集功能的头带装置，包括脑电信号采集单元1；脑电信号采集单元1包括正前额壳体11，正前额壳体11内设有圆柱形凸台和柔性干电极2，圆柱形凸台为中空柱状，圆柱形凸台的内壁上设有球窝23结构；柔性干电极2包括电极壳体15、电极基体17、电极片18、弹性件、电极导线21和电极盖板16；电极基体17设于电极壳体15内，电极盖板16设于电极壳体15顶端，弹性件设于电极盖板16与电极基体17之间，电极片18设于电极基体17底端；所述电极导线21穿过电极盖板16、弹性件与电极片18连接；电极片18在弹性件的弹性作用下能够柔性伸缩移动并与佩戴者前额皮肤柔性接触；电极壳体15外侧接近电极片18的一端设有与球窝23结构相对应的球形带，柔性干电极2通过球形带与球窝23结构球铰连接；柔性干电极2在球窝23结构内能够倾斜调整并跟随佩戴者前额移动。

示例性地，如图1至图3所示，正前额壳体11的形状为空腔结构，其底部为长方形底板，底板中心设有中心孔，中心孔的孔边沿处设有圆柱形凸台，圆柱形凸台内侧中部设有球窝23结构，球窝23结构外侧对应位置与中心孔边沿一体成型；正前额壳体11的左侧板和正前额壳体11的右侧板8为向外微微倾斜的长方形侧板，前板和后板的上边沿带有一定弧度，正前额壳体11的左侧板和正前额壳体11的右侧板8以及前板和后板与正前额壳体11盖板和底板共同为成空腔结构，另外，在正前额壳体11的左侧板和正前额壳体11的右侧板8上分别三个导线孔，三个导线孔相互之间间距均匀并排成一排；球窝23结构的上端内侧面的和下端内侧面的直径小于中部内侧面的直径；柔性干电极2通过球窝23结构与圆柱形凸台形成球铰；当柔性干电极2需要跟随佩戴者前额皮肤进行一定角度的转动时，柔性干电极2通过球铰结构会进行一定程度的倾斜，从而使柔性干电极2上的电极片18能够紧密接触佩戴者前额皮肤，并保证接触面积，从而实现电极片18在一定角度范围内的倾斜调整作用。另外，为了更好的实现电极片18与佩戴者前额皮肤的紧密接触，上述电极片18还可进行柔性伸缩移动，具体实现过程如下：

首先，柔性干电极2包括电极壳体15、电极基体17、电极片18、弹性件、电极导线21和电极盖板16；其中，电极壳体15的上面部分的外侧为圆柱形，下面部分外侧为球形带结构，该球形带结构与圆柱形凸台的球窝23结构位置对应，电极壳体15内部为方形空腔结构，电极基体17设置于方形空腔结构内，电极基体17为没有上盖的长方体状，电极基体内部为圆柱空腔结构，圆柱空腔结构底部设有凸环，凸环中心为圆孔状，圆柱空腔结构的轴线穿过该凸环的圆孔空心；在电极基体17底板上可拆卸的连接有电极片18，电极片18贴在电极基体17底部，在电极片18贴合电极基体17底部的一面中间设有螺纹孔，将螺钉19拧进该螺纹孔中，同时将电极导线21拧进去，保证电极导线21与电极片18螺纹连接，进而确保电极导线21能够将电极片18采集到的脑电信号传输出去；需要强调的是，在电极盖板16、电极壳体15和电极基体17共同形成的空腔内设有弹簧20，该弹簧20的上面是电极盖板16，下端是电极基体17的圆柱空腔结构底部的凸环；从电极片18引出的电极导线21穿过电极基体17的凸环、弹簧20中心、电极盖板16并经正前额壳体11左侧板引出，连接到头带装置的其它单元；需要说明的是，当佩戴上该头带装置后，正前额壳体11上的电极片18接触到佩戴者前额皮肤并对佩戴者的脑电信号进行采集，通过电极导线21将脑电信号传输至其它单元；在测试过程中，如果佩戴者处于活动状态，柔性干电极2通过弹簧20的伸缩移动和球铰结构，电极片18在柔性伸缩移动和倾斜调整的共同作用下，能够很好的跟随佩戴者的脑前额曲面，从而保证电极片18与佩戴者前额皮肤形成良好接触，同时增加电极与皮肤的接触面积，降低测试阻抗，保证电极片18与前额皮肤之间受力均匀、接触紧密和舒适。

与现有技术相比，本发明通过采用角度限位构件、弹性件、松紧带及头带调节扣4等设置能够使本发明提供的头带结构适用于不同头型的佩戴者，并且佩戴紧密、舒适、适应性好，从而能够更精确的进行脑电信号采集。

当电极基体17在电极壳体15内朝向佩戴者前额皮肤方向柔性伸缩移动时，为了限制其移动范围，使电极片18与佩戴者的头部皮肤紧密接触，本发明在电极壳体15的长方体空腔结构内部底部设置了导向限位凸台25，该导向限位凸台25由八个凸块构成，这八个凸块均匀的分布在长方体空腔结构底部的四个内侧；另外，在电极基体17的圆柱空腔结构顶端外外侧，设有外边沿为方形的的限位凸台，限位凸台的边长大于电极基体17边长；电极基体17的限位凸台设于电极壳体15的导向限位凸台25上方并且对应，在弹簧20的作用下，当电极基体17朝向佩戴者前额皮肤方向柔性伸缩移动时，导向限位凸台25就会卡住电极基体17，限制电极基体17的进一步移动，进而限制电极基体17在电极壳体15内朝向佩戴者前额皮肤方向柔性伸缩移动的范围。

为了更好地将电极盖板16盖合在电极壳体15上，本发明采用的电极盖板16的结构为圆板结构，在电极盖板16中间位置设有电极导线21孔，电极盖板16的底部设有方形凸台。示例性地，因为电极壳体15的上端外侧面为圆柱形，为了将电极盖板16更好的盖合在电极壳体15上，可以将电极盖板16设置为圆形结构；在电极盖板16中间的圆心位置设有电极导线21孔，电极盖板16的底部设有方形凸台，该方形凸台正好盖合在电极壳体15的方向空腔结构内侧；另外，电极壳体15和电极盖板16除了通过止口定位连接外，在电极盖板16的盖边沿设有一圈法兰孔，电极壳体15的方形空腔结构顶面设有对应的法兰孔，电极壳体15和电极盖板16还通过法兰进行进一步连接，从而电极盖板16更紧凑的盖合在电极壳体15上。

本发明的脑电信号采集单元1还包括左前额壳体12和右前额壳体26，左前额壳体12和右前额壳体26内均设有左柔性干电极2和右柔性干电极2，左柔性干电极2和右柔性干电极2均与正前额壳体11内的柔性干电极2的内部结构相同；这里不再一一赘述；正前额壳体11与左前额壳体12之间及正前额壳体11与右前额壳体26之间分别设有第一角度限位构件和第二角度限位构件，第一角度限位构件和第二角度限位构件能够根据佩戴者的头型调节脑电信号采集单元的弯曲度。

为了能够调节正前额壳体11与左前额壳体12以及正前额壳体11与右前额壳体26之间角度，使头带装置能够适合不同头型的佩戴者，上述第一角度限位构件和第二角度限位构件均为合页结构；正前额壳体11、左前额壳体12及右前额壳体26的两侧均设有回转通孔；第一角度限位构件由左前额壳体12、正前额壳体11及其对应的回转通孔通孔通过销轴10贯穿连接而成；第二角度限位构件由正前额壳体11、右前额壳体26及其对应的回转通孔通过销轴10贯穿连接而成。

示例性地，如图1和图2所示，正前额壳体11的两端分别设有两个回转通孔，左前额壳体12和右前额壳体26分别与正前额壳体11相邻的一端各自设有一个回转通孔，正前额壳体11两端的回转通孔分别与左前额壳体12和右前额壳体26的回转通孔通过销轴10连接为一体；当佩戴者的头部偏圆形时，固定正前额壳体11相对不动，通过相应合页结构向外调节左前额壳体12和右前额壳体26的位置，使正前额壳体11与左前额壳体12以及正前额壳体11与右前额壳体26之间的夹角变大，进而使头带结构的的整体形状偏圆形；相反，如果佩戴者的头部偏椭圆形时，通过相应合页结构向里调节左前额壳体12和右前额壳体26的位置，使正前额壳体11与左前额壳体12以及正前额壳体11与右前额壳体26之间的夹角变小，进而使头带结构的脑电信号采集单元1的弯曲度减小；以上两种情况都能够改变头带结构的形状，使头带结构适应不同头型的佩戴者；另外，在调节合页结构的同时，同时柔性干电极2的柔性弹性移动和倾斜调整作用与两个合页结构相互协调作用，使头带结构更好的与不同头型的佩戴者。

由于海绵内衬14的弹性不是特别大，在固定住正前额壳体11相对不动、左前额壳体12和右前额壳体26通过相应合页结构向外转动时，为了防止海绵内衬14被扯裂破坏，在上述正前额壳体的两侧、左前额壳体12的右侧和右前额壳体26的左侧分别设有两个限位凸块22；正前额壳体11两侧的限位凸块22与左前额壳体12的右侧和右前额壳体26的左侧的限位凸块22一一对应；当固定住正前额壳体11相对不动，左前额壳体12和右前额壳体26围绕相应销轴10向外旋转时，当旋转到一定程度后，正前额壳体11两侧的限位凸块22与左前额壳体12的右侧和右前额壳体26的左侧的限位凸块22会触碰到一起，阻止左前额壳体12和右前额壳体26的进一步向外转动，从而保证头带结构的海绵内衬14不会被扯裂。

为了对脑电信号采集单元1供电和处理脑电信号采集单元1采集的脑电信号，本发明提供的头带装置还包括脑电处理及通信单元6和电池单元7；左前额壳体12和右前额壳体26底部分别设有左支座凸台和右支座凸台9，脑电处理及通信单元6和电池单元7分别设置于左支座凸台和右支座凸台9上并通过法兰连接；脑电处理及通信单元6用于对采集到的脑电信号进行处理；电池单元7用于为头带装置供电。示例性地，左前额壳体12和右前额壳体26底部分别设有左支座凸台和右支座凸台9，左支座凸台设于左圆柱形凸台的左侧且高于左圆柱形凸台，在左支座凸台为底部为长方形板，该长方形板为左前额壳体12底板的一部分，在该长方形板四个角处分别设有四个小凸柱，凸柱顶面设有法兰结构，通过支座凸台的法兰结构可以将脑电处理及通信单元6固定在上面；右支座凸台9的结构与左支座凸台的结构相同，唯一不同之处在于右支座凸台9上通过法兰固定的是电池单元7；另外，左前额壳体12和右前额壳体26的内部空间要大于正前额壳体11的内部空间；正前额壳体11内的电极导线从电极片引出，穿过电极基体17、弹簧20中心、电极盖板16、正前额壳体11左侧板、左前额壳体12右侧板与脑电处理及通信单元6连接；同样地，左前额壳体12内的电极导线同样从电极片引出，最终与脑电处理及通信单元6连接；右前额壳体26内的电极片通过电极导线穿过正前额壳体11的两侧板和左前额壳体12右侧板最终与脑电处理及通信单元6连接；当佩戴头带装置后，正前额壳体11、左前额壳体12和右前额壳体26内的电极片将采集到的脑电信号通过对应电极导线传输到脑电处理及通信单元6，脑电处理及通信单元6对信号进行放大和滤波处理，由于脑电处理及通信单元6并不涉及本发明的改进之处，采用本领域现有的脑电信号处理仪器或处理设备能够实现脑电信号处理，包括放大、滤波等等，这里不在详细阐述。

为了增加脑电信号采集功能的头带结构的佩戴舒适度，如图2所示，正前额壳体11、左前额壳体12和右前额壳体26贴近佩戴者皮肤一侧均设有魔术贴13，魔术贴13外层勾粘有海绵内衬14；海绵内衬14用于增加头带结构的透气性及柔软性，提高佩戴舒适度。

还有一点需要说明的是，左前额壳体12的左侧和右前额壳体26的右侧分别设有左夹子支架24和右夹子支架，左夹子支架24和右夹子支架分别用于放置左耳夹电极5和右耳夹电极；左耳夹电极5和右耳夹电极均作为参考电极；左耳夹电极5和右耳夹电极上设有电极导线并均与脑电处理及通信单元6连接。

为了能够更方便的调节头带装置的大小，使其适应不同的头型，本发明提供的头带装置的左前额壳体12和右前额壳体26外侧分别设有条形孔，左弹性带3和右弹性带分别系在条形孔上；在左弹性带3上设有多个调节孔位，右弹性带上设有头带调节扣4，右弹性带上的头带调节扣能够与左弹性带3上的不同的调节孔位进行扣合；这样设计的目的是当正前额壳体11、左前额壳体12、右前额壳体26、左弹性带3和右弹性带通过头带调节扣4形成一个环形头带装置后，通过调节头带调节扣4的扣合位置，实现调节头带装置的大小，从而使头带装置能够适应不同的头型。

需要注意的是，本发明的的左弹性带3和右弹性带还可以替换为左松紧带和右松紧带，左松紧带和右松紧带通过粘结扣粘结；正前额壳体11、左前额壳体12、右前额壳体26通过左松紧带和右松紧带的粘结扣连接后形成椭圆形头带。左松紧带和右松紧带可以直接粘结，也可以分别与第三条松紧带粘接，这样可以增加头带装置的大小，适应更大头型的佩戴者。

需要强调的是，本发明提供的头带装置的工作过程为：电池单元7通过电源线与脑电处理及通信单元6连接并向其供电；柔性干电极2的电极片18通过电极导线21将采集到的佩戴者前额皮肤的脑电信号传输至脑电处理及通信单元6，脑电处理及通信单元6对采集到的脑电信号进行放大、滤波等处理后，将识别出的信息传输至与脑电处理及通信单元6连接的外部接收设备。此处脑电处理及通信单元6对采集到的脑电信号的具体处理过程不是本发明的发明点，本发明采用的脑电处理及通信单元为现有技术中常规的处理仪器或设备，这里不再详细阐述，本发明的创造性主要体现在头带结构的创新性设计上。

综上，本发明提供了一种具有前额脑电信号采集功能的头带装置，其左前额壳体12和右前额壳体26上对应设有左弹性带3和右弹性带，其中左弹性带3上设有多个孔位，右弹性带上设有头带调节扣4，右弹性带上的调节扣能够与左弹性带3上的不同的孔位进行扣合，正前额壳体11、左前额壳体12、右前额壳体26、左弹性带3和右弹性带通过头带调节扣4制成一个环形头带装置后，通过头带调节扣4的扣合位置，实现粗调头带装置的大小，从而使头带装置能够适应不同的头型，并且佩戴也舒服；另外，柔性干电极2内设有弹簧20，通过将弹簧20限位在电极盖板16和电极基体17的底板之间来为电极基体17的柔性伸缩移动提供柔性复位弹力，保证柔性干电极2与佩戴者前额皮肤接触的柔韧性；再有，三个柔性干电极2分别对应设置于正前额壳体11、左前额壳体12和右前额壳体26底部的圆柱形凸台的球窝23结构内，三个柔性干电极2与正前额壳体11、左前额壳体12和右前额壳体26的对应圆柱形凸台形成球铰结构，三个柔性干电极2分别通过对应的球铰结构能够进行一定程度的倾斜，由于柔性干电极2的电极壳体15的球形带的滑动表面为球形面，因此柔性干电极2能够在球窝23内进行一定角度的倾斜调整，从而当佩戴者在测试过程中处于活动状态时，柔性干电极2的电极片18能够贴合佩戴者前额皮肤，保证电极片18与佩戴者头部皮肤的良好接触，降低阻抗并保证每个电极片18受力均匀，与前额皮肤接触紧密且无不舒适感，最终实现更精准的脑电信号采集。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。