DE202022000134U1

DE202022000134U1 - Portable miniature electroencephalography device

Info

Publication number: DE202022000134U1
Application number: DE202022000134.7U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Bausch Marcel De; Jordan Arthur De; Surges Rainer De
Priority date: 2022-01-19
Filing date: 2022-01-19
Publication date: 2022-02-09
Anticipated expiration: 2032-01-20

Abstract

Tragbares Miniatur-Elektroenzephalographie(EEG)-Gerät dadurch gekennzeichnet, dass es eine Registrierung von Einkanal-EEG, abgeleitet zwischen Mastoid und der Innenwand des Gehörgangs durch eine Zweielektrodenkonfiguration ermöglicht.Miniature portable electroencephalography (EEG) device characterized in that it allows registration of single-channel EEG derived between the mastoid and the inner wall of the ear canal through a two-electrode configuration.

Description

Derzeit erhältliche mobile Geräte zur Registrierung von Elektroenzephalographie (EEG) sind meist durch eine auffällige Bauart (z.B. Kopfband, Haube, aufklebbares Kleingerät zum Anbringen auf die Stirn oder den Nacken, teils mit kabelgebundenen zusätzlichen Elektroden) und komplizierte Handhabung gekennzeichnet. Daraus ergeben sich Einschränkungen in der Alltagstauglichkeit der Geräte und damit in der Möglichkeit, im Alltag EEG zuverlässig über längere Zeiträume aufzuzeichnen. Für bedürftige Anwendergruppen, wie z.B. Epilepsiepatient/innen existieren somit nur sehr wenige zumutbare Optionen für eine zuverlässige EEG-basierte Anfallsdetektion oder Einschätzung der Anfallsbereitschaft. Auch würde ein unaufdringliches (engl. „unobtrusive“) EEG-System die Durchführung von interessanten neuartigen Feldstudien in der biomedizinischen Forschung ermöglichen.Currently available mobile devices for registering electroencephalography (EEG) are usually characterized by a conspicuous design (e.g. headband, hood, small adhesive device for attachment to the forehead or neck, some with additional wired electrodes) and complicated handling. This results in restrictions in the suitability for everyday use of the devices and thus in the possibility of recording EEG reliably over longer periods of time in everyday life. For needy user groups, such as epilepsy patients, there are therefore only very few reasonable options for reliable EEG-based seizure detection or assessment of seizure readiness. Also, an unobtrusive EEG system would enable the implementation of interesting novel field studies in biomedical research.

Eine geeignete Region zum Abgreifen eines EEG-Signals und auch zum dezenten Tragen einer entsprechenden Messelektronik ist die Ohrregion. Bisherige Ansätze für Ohr-EEG erfordern meist die aufwändige und teure Herstellung einer individuellen Otoplastik ( EP 3 181 041 A1 ) oder blockieren den Gehörgang, was zu einer Beeinträchtigung im Alltag führt. Ein Sensorsystem für die Erfassung verschiedener Vitalparameter im Gehörgang, das jedoch die Gehörgangspassage beeinträchtigt ist in DE 10 2013 222 131 A1 beschrieben.The ear region is a suitable region for picking up an EEG signal and also for discreetly wearing corresponding measurement electronics. Previous approaches for ear EEG usually required the complex and expensive production of an individual earmold ( EP 3 181 041 A1 ) or block the ear canal, which leads to impairment in everyday life. A sensor system for the detection of various vital parameters in the ear canal, which, however, the auditory canal passage is impaired in DE 10 2013 222 131 A1 described.

Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein tragbares Einkanal-EEG-Messgerät für klinische, wissenschaftliche und private Zwecke zu schaffen, das mittels einer Zweielektrodenkonfiguration die Biopotenzialdifferenz zwischen Gehörgang und Mastoid registriert, lokal auf dem eingebauten Mikrocontroller (vor) auswertet oder die digitalisierten Messdaten durch gängige Funkprotokolle, wie z.B. Bluetooth Low Energy möglichst verschlüsselt an aufzeichnende und auswertende Empfangsgeräte sendet. Durch die genannte Elektrodenkonfiguration kann ein hinreichend großer Teil des ausgewählten Temporallappens erfasst werden, um beispielsweise fokale oder generalisierte epilepsietypische Potenziale, Schlafstadien mittels EEG oder motorische Anfälle, Fehlhaltung oder Bruxismus mittels Oberflächen-EMG zu erkennen.The invention specified in claim 1 is based on the problem of creating a portable single-channel EEG measuring device for clinical, scientific and private purposes, which registers the biopotential difference between the auditory canal and mastoid using a two-electrode configuration, evaluates it locally on the built-in microcontroller (before) or sends the digitized measurement data encrypted as far as possible to recording and evaluating receivers using common wireless protocols such as Bluetooth Low Energy. With the electrode configuration mentioned, a sufficiently large part of the selected temporal lobe can be detected in order to detect, for example, focal or generalized epilepsy-typical potentials, sleep stages using EEG or motor seizures, poor posture or bruxism using surface EMG.

Durch den im Schutzanspruch 2 beschriebenen Sitz hinter dem Ohr ist das Hauptgerät (1) komfortabel zu tragen und unauffällig, was nicht nur eine Verwendung in der Nacht, sondern auch tagsüber ermöglicht. Durch die Verwendung von handelsüblichen „Druckknopf“-Elektroden (4) als Referenzelektrode ist einerseits ein sicherer Halt des Geräts am Mastoid über viele Stunden und andererseits eine gute und langanhaltende elektrische Verbindung zur Haut am Mastoid gewährleistet. Die Kosten für die Einwegelektroden sind durch die weite Marktverbreitung der o.g. Elektroden gering. Ein Beispiel für die Anbringung des Geräts am Kopf ist in 1 dargestellt. 2 zeigt eine beispielhafte Bauform des Geräts in annäherender Originalgröße mit Blick auf die dem Kopf zugewandte Seite ohne Klebeelektrode.Due to the behind-the-ear fit described in claim 2, the main unit (1) is comfortable to wear and unobtrusive, which allows it to be used not only at night but also during the day. The use of commercially available "push button" electrodes (4) as reference electrodes ensures that the device is held securely on the mastoid for many hours and also ensures a good and long-lasting electrical connection to the skin on the mastoid. The costs for the disposable electrodes are low due to the widespread use of the above electrodes. An example of attaching the device to the head is in 1 shown. 2 shows an exemplary design of the device in approximately the original size with a view of the side facing the head without adhesive electrodes.

Die im Schutzanspruch 3 beschriebene Verwendung einer ringförmigen, also offenen Silikonmanschette (3) als Elektrodenträger stellt sicher, dass der Gehörgang während des Tragens offen bleibt und die Elektrode trotzdem einen dauerhaft sicheren Kontakt mit der Haut im Gehörgang bekommt, was wichtig für eine gute Signalqualität bei sehr niederamplitudigem Signal ist. Durch den offenen Gehörgang entsteht keine Hörminderung oder räumliche Orientierungsstörung, wodurch der Tragekomfort beachtlich gesteigert wird. Die Manschette ist leicht zu reinigen und auswechselbar. Verschiedene Manschettengrößen sind für verschiedene Gehörgangsdurchmesser verfügbar und es bedarf keiner aufwändigen individuellen Anpassung des Gehörgangsinserats (Otoplastik).The use of an annular, i.e. open, silicone sleeve (3) as an electrode carrier, as described in claim 3, ensures that the auditory canal remains open while it is being worn and that the electrode nevertheless has permanent, secure contact with the skin in the auditory canal, which is important for good signal quality is a very low amplitude signal. The open auditory canal does not cause any hearing loss or spatial orientation disorders, which means that the wearing comfort is considerably increased. The cuff is easy to clean and replaceable. Different cuff sizes are available for different ear canal diameters and there is no need for any time-consuming individual adjustment of the ear canal insert (ear mold).

3 zeigt einen Querschnitt durch den Gehörgangselektrodenaufbau. 3 shows a cross-section through the ear canal electrode assembly.

Der in Schutzanspruch 4 beschriebene flexible und elektrisch isolierte Metallbügel (2) verbindet den Gehörgangselektrodenaufbau mit dem hinter dem Ohr an der Klebeelektrode haftenden Gerät sowohl mechanisch als auch elektrisch. Er kann an das Ohr des Tragenden angepasst werden und damit ein unbeabsichtigtes Herausrutschen der Gehörgangselektrode verhindern. Bei Verwendung des Geräts auf der Gegenseite kann der Bügel auch unterhalb des Ohres verlaufen. Der elektrische Kontakt mit der Gehörgangselektrode wird durch den blanken Halte- und Kontaktring (9) hergestellt, in den die Silikonmanschette (3) mit aufliegender metallisierter Textilstoffelektrode (6) eingepresst ist. Der Halte- und Kontaktring (9) ist mit dem blanken Ende des Metallbügels (2) verlötet bzw. verschweißt, oder besteht aus einem zu einer Helix konfigurierten Ausläufer desselben.The flexible and electrically insulated metal clip (2) described in claim 4 connects the auditory canal electrode assembly to the device attached to the adhesive electrode behind the ear, both mechanically and electrically. It can be adjusted to the wearer's ear and thus prevent the auditory canal electrode from slipping out unintentionally. When using the device on the opposite side, the bracket can also go below the ear. The electrical contact with the auditory canal electrode is made by the bare retaining and contact ring (9), into which the silicone sleeve (3) with the metalized textile electrode (6) lying on it is pressed. The retaining and contact ring (9) is soldered or welded to the bare end of the metal clip (2), or consists of an extension of the same configured into a helix.

Als Elektrodenmaterial (beschrieben in Schutzanspruch 5) kommt ein vorzugsweise silberbeschichteter Textilstoff (6) zum Einsatz, der hautfreundlich und antimikrobiell ist. Dieser kann nach Reinigung wiederverwendet und bei Bedarf unabhängig von der Silikonmanschette ausgewechselt werden. Alternativ kann eine hautfreundliche Beschichtung auf der Manschette selbst (z.B. Silber) als Elektrodenmaterial dienen.A preferably silver-coated textile material (6), which is kind to the skin and antimicrobial, is used as the electrode material (described in protection claim 5). This can be reused after cleaning and, if necessary, replaced independently of the silicone sleeve. Alternatively, a skin-friendly coating on the cuff itself (e.g. silver) can serve as the electrode material.

4 zeigt ein Blockschaltbild der Elektronik. 4 shows a block diagram of the electronics.

Die Elektronik ist so weit wie möglich miniaturisiert und in einem Gehäuse ohne Ecken und Kanten (1) untergebracht, um das Verletzungsrisiko zu minimieren und ein nächtliches Tragen zu ermöglichen.The electronics are miniaturized as far as possible and housed in a housing without corners and edges (1) to minimize the risk of injury and allow night-time wear.

Das Gerät enthält einen Lithium-basierten Akku mit entsprechender Schutzbeschaltung (11) und Ladeelektronik (11) mit USB-Anschluss zur Stromversorgung (7). Ein moderner „low power“ Mikrokontroller mit Bluetooth Low Energy-Funkmodul (13) sorgt für eine hohe Akkulaufzeit und damit für eine möglichst hohe Datenkontinuität und Anwenderfreundlichkeit. Bei dem eingesetzten Verstärker handelt es sich um eine spezialisierte Schaltung für die Biosignalerfassung (14). Als zusätzliche Sensorik verfügt das Gerät über einen stromsparenden Beschleunigungssensor (15) zur Bewegungserfassung und ggf. Artefaktbewertung und eine herausgeführte Schnittstelle zum Anschluss von zusätzlichen externen Sensoren zur Registrierung zusätzlicher physiologischer Parameter oder Aktoren zur Darbietung von Stimulationsreizen (12).The device contains a lithium-based battery with the appropriate protective circuit (11) and charging electronics (11) with a USB connection for the power supply (7). A modern "low power" microcontroller with Bluetooth Low Energy radio module (13) ensures a long battery life and thus the highest possible data continuity and user-friendliness. The amplifier used is a specialized circuit for biosignal acquisition (14). As an additional sensor system, the device has a power-saving acceleration sensor (15) for motion detection and, if necessary, artefact evaluation and an interface for connecting additional external sensors for registering additional physiological parameters or actuators for the presentation of stimulation stimuli (12).

BezugszeichenlisteReference List

(1)(1): Gehäuse mit ElektronikHousing with electronics
(2)(2): Isolierter flexibler MetallbügelInsulated flexible metal bracket
(3)(3): Elektrodenträgermanschetteelectrode carrier cuff
(4)(4): Klebeelektrodeadhesive electrode
(5)(5): Druckknopfanschluss für die KlebeelektrodeSnap button connection for the adhesive electrode
(6)(6): Metallbeschichtete StoffelektrodeMetal-coated fabric electrode
(7)(7): USB-LadeanschlussUSB charging port
(8)(8th): An-/Aus-SchalterOn/off switch
(9)(9): Halte- und Kontaktringretaining and contact ring
(10)(10): Lithium-Akkulithium battery
(11)(11): Ladeschaltung und Spannungsreglercharging circuit and voltage regulator
(12)(12): Schnittstelle für externe Sensoren/AktorenInterface for external sensors/actuators
(13)(13): Mikrocontroller mit FunkschnittstelleMicrocontroller with radio interface
(14)(14): Biosignalverstärkerbiosignal enhancer
(15)(15): Beschleunigungssensoraccelerometer
(16)(16): Elektrodenelectrodes

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

EP 3181041 A1 [0002]
DE 102013222131 A1 [0002]

Claims

Portable miniature electroencephalography (EEG) device characterized in that it allows registration of single-channel EEG derived between the mastoid and the inner wall of the ear canal through a two-electrode configuration.

EEG device after claim 1 characterized in that the electronics enclosed in the rounded, skin-friendly housing (1) are connected via a push-button contact (5) to an adhesive electrode (4) adhering to the mastoid, which serves as a reference electrode and at the same time fulfills a mechanical holding function for the device.

EEG device according to one of the preceding claims, characterized in that it has a second electrode (6) which sits on an annular silicone collar (3) in the auditory canal, is in contact with the wall of the latter and is designed in such a way that it only penetrates the auditory canal passage impaired to an insignificant extent.

EEG device according to one of the preceding claims, characterized in that the on the open silicone sleeve (3) on the wall of the auditory canal and held by the holding and contact ring (9) and insulated metal clip (2) mechanically and electrically connected to the main device ( 1) is connected.

EEG device according to one of the preceding claims, characterized in that the auditory canal electrode (6) consists of a repeatedly reusable and exchangeable metalized textile material or a conductive coating applied to the silicone sleeve (3).