脑电波是在人的头皮上测得的脑电信号，且脑电波的物理值反映人的 状态，其中电位差为几十微伏且频率为30Hz或30Hz以下。存在四种脑 电波，称为a电波、β电波、θ电波和δ电波。β电波是频率为13Hz或 更高的脑电波，且在人的精神活动活跃时产生。a电波是频率范围为8到 13Hz的脑电波，且在人脑休息或处于稳定状态时产生，其代表成人的典型 脑电波。θ电波是频率范围为4到7Hz的脑电波，且在一般睡眠状态期间 产生。δ电波是频率范围为0.5到3Hz的典型脑电波，且在深度和熟睡睡 眠状态期间产生。到目前为止，已经对脑电波的研究进行了广泛的探讨。 然而，在充分分析脑电波中包含的信息方面，研究尚未取得成功。因此， 对脑电波的解译仍然有待分析。
存在在时域中解译脑电波的方法和在频域中解译脑电波的方法。然而， 在时域中解译脑电波的方法需要许多经验和技术，且难以通过使用此方法 来区分脑电波之间的微小差异。目前，已经在解译脑电波方面广泛使用的 频率分析方法需要处理测得的信号，以便容易地实时分析待诊断的人体的 状态。
常规的脑电波测量设备主要使用杯形电极，其使用粘胶附加到人头部 的头皮。此外，计算机中必须包含单独内建的卡来分析脑电波，以便接收 和分析测得脑电波的多个通道。
在1999年7月5日申请且在2000年11月30日登记为第282733号韩 国专利登记的题为“使用头带的实时脑电波测量设备(Real-time brain wave measuring apparatus using headband)”的第99-46503号韩国专利 特许公开案详细描述了这个问题。然而，实时脑电波测量设备没有采用任 何粘胶，但仍能够从人头部的头皮测量脑电波。
此外，脑电波不仅用于确定脑本身的健康状况，而且另外还重要的是 区分脑电波与从人体除脑以外的其它部位产生的其它信号(称为混杂电 波)，以及从脑电波中移除混杂电波以便仅提取纯脑电波。因此，上述常规 技术不能使用混杂电波确定个人的健康状况。
因此，为了使用从人体各部位产生的混杂电波，需要最低程度地从脑 电波中移除混杂电波，且由于混杂电波和脑电波的各自频率是一一对应关 系的事实，混杂电波对应于脑电波，以便确定个人的健康状况。然而，常 规技术不能使用混杂电波和脑电波的频率之间的一一对应关系来确定个人 的健康状况。

本发明提供一种通过脑电波图案分析来诊断健康的设备和方法，其中 从自待诊断人体的头皮测得的脑电波中最小程度地移除混杂电波，且接着 将脑电波累积预定时间，以便接着根据脑电波与从人体各部位产生的混杂 电波的各自频率的图案之间的一一对应关系来确定人体各部位的健康状 况。
根据本发明的一个方面，提供一种使用对在脑电波测量单元中测得的 脑电波信号进行的脑电波图案分析的健康诊断设备，所述脑电波测量单元 经由附接到待诊断人体的额叶的脑电波测量传感器来测量脑电波，所述健 康诊断设备包括脑电波分析计算机，所述脑电波分析计算机接收测得的脑 电波并对其进行快速傅立叶变换，将脑电波数据累积预定时间，分析具有 各自频率的信号的图案，并将经分析的频率图案设置为对应于人体各部位， 以借此确定人体的健康状况。
脑电波分析计算机可将测得的脑电波数据累积预定时间，以借此找到 弯折点以发现根据各自频率按小时的曲线改变点，并提取重复发生的弯折 频率，且接着使用数据库从所提取的弯折频率中确定人体的健康状况，所 述数据库存储与从临床测试结果发现的各自频率具有一一对应关系的人体 各部位的频率数据。
根据本发明的另一方面，还提供一种通过脑电波图案分析来诊断健康 的方法，所述健康状况诊断方法包括：将双通道脑电波测量传感器附加到 人体的额叶以由此测量脑电波，其中耳夹是基电极且前额中心是参考电极； 对测得的脑电波进行快速傅立叶变换；将经快速傅立叶变换的数据累积预 定时间；分析具有各自频率的信号的图案；以及将经分析的频率图案设置 为与人体各部位具有一一对应关系，以借此确定人体的健康状况。
图案分析步骤可包括发现根据各自频率按小时的弯折点，以及提取重 复发生的弯折频率。
可使用人体的健康状况确定等式来执行健康状况确定，其中根据弯折 数目、脑电波信号的振幅以及脑电波信号的半峰全宽(full width at a half maximum，FWHM)值，位于对应于某一频率的人体相应部位处的疾病的相对 严重性与弯折数目和脑电波信号的振幅成正比，且与脑电波信号的FWHM值 成反比。
如上所述，根据本发明的用于诊断健康的设备和方法通过从人体额叶 测得的脑电波简单且容易地诊断个人的健康状况以及脑状况。
附图说明
图1是说明根据本发明实施例的在用于脑电波图案分析的健康诊断 设备中测量并处理脑电波的脑电波测量单元的方框图。
图2是说明根据本发明实施例的在附加到人头部的额叶以测量并提 取脑电波的头带中的放大器的示意图。
图3是说明根据本发明实施例的健康诊断设备的方框图。
图4是说明健康诊断方法的流程图，所述方法找到弯折频率并分析 弯折数目和脑电波信号的振幅以及脑电波信号的半峰全宽(full width at half maximum，FWHM)值，以便接着将经分析结果与基于频率的人体 对应数据库的结果进行比较。
具体实施例
下文将参看附图描述根据本发明实施例的用于通过脑电波图案分析来 诊断健康的设备和方法。在以下实施例中，相同参考标号和符号表示相同 元件。
在根据本发明实施例的用于通过脑电波图案分析来诊断健康的设备和 方法的情况下，双通道脑电波测量单元附加到人头部的额叶以由此测量脑 电波，且耳夹是基电极，而前额中心是参考电极。对测得的脑电波进行快 速傅立叶变换。接着，将经快速傅立叶变换的数据累积预定时间，并分析 具有各自频率的信号的图案。将经分析的频率图案设置为与人体各部位成 一一对应关系。因此，可确定人体的健康状况。
在本发明中，使用串行通信方法或通用串行总线(universal serial bus，USB)通信方法将脑电波数据传输到计算机，并接着对其进行快速傅 立叶变换，其中所述脑电波数据是通过附加到位于人体前额中的额叶的双 通道脑电波测量单元测得的。在脑电波测量期间，通过在睁眼状态与闭眼 状态之间重复交替来对人体进行诊断，使得可收集脑电波数据以观察基本 律动的出现和消失以及各自频带的消失状态。将测得的脑电波数据累积预 定时间，以由此发现以小时为基础根据频率的弯折点，且由此提取重复发 生的弯折频率。根据与从临床测试结果发现的各自频率具有一一对应关系 的人体各部位的数据库，从所提取的弯折频率确定人体的健康状况。所提 取的弯折频率表示顶点处的频率，在所述点处获得根据频率的第一差分值 且斜率符号值相对于第一差分值而改变。第一差分值从以下等式1和2获 得。
【等式1】
Δ1＝V(f2)-V(f1)
【等式2】
Δ2＝V(f3)-V(f2)
这里，f1、f2和f3表示频率，且V表示针对每个频率f1、f2和f3的 电压强度。如果Δ1是正值且Δ2是负值，那么频率f2是顶点。处于相同 频率的顶点的重复发生表示个人的脑或身体在活动。脑电波信号表示脑的 状况，且肌肉信号表示身体的状况。使每个弯折频率对应于人体各部位， 以借此确定人体的总体健康状况。通过弯折数目、脑电波信号的振幅以及 脑电波信号的半峰全宽(full width at half maximum，FWHM)值来确定 人体健康状况的严重性，其中顶点发生在预定频率处。如果在睁眼状态和 闭眼状态中顶点连续发生在预定频率处，那么可在人体的健康状况方面确 定疾病的症状是严重的。通过脑电波信号的FWHM值确定疾病的发展阶段。 如果脑电波信号的FWHM值为低，那么意味着疾病已经局部扩散，且如果脑 电波信号的FWHM值为高，那么意味着疾病已经广泛扩散。这可通过等式3 来表达。
【等式3】
H(n，V，w)＝Af(nV/w)
这里，n表示弯折数目，V表示脑电波信号的振幅，w表示脑电波信号 的FWHM值，A表示比例常数，H表示代表健康状况的函数，且f表示变量n、 V和w的函数。因此，在对应于预定频率的人体相应点处的疾病的严重性与 弯折数目和脑电波信号的振幅成正比，且与脑电波信号的FWHM值成反比。 这产生线性等式，但也可产生非线性等式。
下文中，将参看附图描述本发明的实施例。
根据本发明的针对各自频率的健康诊断设备对从待诊断人体的额叶测 得的脑电波数据执行快速傅立叶变换(fast-Fourier-transform，FFT)， 以便接着根据各自频率对脑电波数据进行分类，并将经分类的脑电波数据 累积预定时间以获得重复特定频率的发生。根据本发明的健康诊断设备包 含用于测量脑电波的脑电波测量单元以及用于接收所测得的脑电波并诊断 人体健康状况的健康状况诊断单元。图1和2中说明脑电波测量单元，但 在图中未说明健康状况诊断单元。然而，健康状况诊断单元是计算机，其 连接到脑电波测量单元以便接收在脑电波测量单元中测得的脑电波，并通 过存储在健康状况诊断单元中的算法和数据库执行如图3和4的流程图中 说明的健康状况诊断方法。
图1是说明测量并处理脑电波的脑电波测量单元的方框图，所述脑电 波应用于使用脑电波图案分析的健康诊断设备和方法中。
图1的脑电波测量单元在与本申请案具有相同申请人的第282733号韩 国专利登记中揭示，且包含脑电波检测器20、信号处理器22以及串行端口 28，所有这些均建置在头带中。
脑电波检测器20使用多个电极，并检测位于待诊断人头部的头皮的预 定位置处的四个通道的脑电波信号。根据本发明的实施例，脑电波检测器 20包含双通道头带和双通道杯形电极。双通道头带简单且方便地从人体额 叶处测量脑电波，且双通道杯形电极选择性地从人体除额叶以外的位置(也 就是说，例如人体的顶叶、颞叶和枕叶等位置)处测量脑电波。
信号处理器22借助于头带上的柔性印刷电路板(printed circuit board，PCB)连接到脑电波检测器20以便防止噪声。信号处理器22包含 放大器23、模拟-数字(analog to digital，A/D)转换器24、编码器25 和计算机接口26。如图2所示，信号处理器22的放大器23包含前置放大 器232、滤波器(未图示)和主放大器234。放大器23的前置放大器232 主要放大已经由脑电波检测器20读出的弱脑电波信号的振幅，并对脑电波 信号进行滤波以消除噪声。放大器23的主放大器234将由前置放大器232 滤波的脑电波信号放大大约50,000倍。信号处理器22的A/D转换器24以 每秒1,024个样本的速率对经放大的脑电波信号进行取样，并将经取样的 脑电波信号转换为数字值。信号处理器22的编码器25以实时为基础依序 针对所述四个通道中的每一者用具有一个字节的数字值对所述四个通道中 的每一者的识别符进行编码。信号处理器22的计算机接口26将编码器25 的经编码结果传输到串行端口28，所述串行端口28可以是计算机的具有有 线或无线模式的通用串行总线(universal serial bus，USB)端口或串行 端口。
串行端口28通过导线连接到信号处理器22。RS232-C方法的9引脚连 接器或25引脚连接器用作串行端口28，以便与计算机的串行端口连接。而 且，串行端口28可连接到计算机的USB端口。
图2是说明根据本发明实施例的在附加到人头部的额叶以测量并提取 脑电波的头带中的放大器的示意图。在本发明中，在头带中使用的电极是 镀金电极，且可在不使用粘胶的情况下直接附加到前额。头带中的第一电 极10和第二电极12是从脑左侧和右侧的额叶处测量脑电波的有源电极。 头带中的第三电极14从前额的右中侧处测量脑电波，且是第一电极10和 第二电极12所参考的参考电极。戴在个人耳朵上的第四电极16变成用于 在头皮上测量的脑电波的基电极。通过等式4和5来计算脑左侧和右侧的 额叶的脑电波电位。
【等式4】
VL＝(V1-V4)-(V3-V4)
【等式5】
VR＝(V2-V4)-(V3-V4)
这里，VL表示左侧脑电位，且VR表示右侧脑电位。V1到V4表示各自 第一到第四电极的电位。
本发明使用如上所述测得的脑电波执行健康诊断功能，这将在图3中 绘示。
针对各自频率的健康诊断设备根据本发明实施例在图3中绘示，且对 在待诊断人体的额叶中测得的脑电波数据执行快速傅立叶变换 (fast-Fourier-transform，FFT)，以便接着根据脑电波数据的各自频率对 脑电波数据进行分类，并将经分类的脑电波数据累积预定时间，以由此获 得重复的特定频率。健康诊断设备包含：脑电波测量单元30，其测量脑电 波；FFT转换器32，其对测得的脑电波进行快速傅立叶变换；脑电波数据 累积器34，其在睁眼状态和闭眼状态期间根据脑电波数据的各自频率对脑 电波数据进行分类以便按顺序累积脑电波数据；图案分析器36，其从所累 积的脑电波数据搜索重复的特定频率及其图案；图案数据比较单元38，其 基于频率图案将人体各部位与脑电波数据的各自频率相应地关联；以及健 康状态分析器40，其确定人体的健康状况。
图4说明说明健康状况诊断方法的流程图，所述方法找到弯折频率并 分析弯折数目和脑电波信号的振幅以及脑电波信号的半峰全宽(full width at half maximum，FWHM)值，以便接着将分析结果与基于频率的人体对应 数据库的结果进行比较。
参看图4，经由串行通信方法或USB通信方法将已经从附加到位于人体 前额区域处的额叶的脑电波测量单元测得的脑电波传输到计算机，以便接 着进行快速傅立叶变换(S300)。在脑电波测量期间，使待诊断的人体在睁 眼状态与闭眼状态之间重复交替，以便借此收集可从中观察基本律动的出 现和消失以及各自频带的消失状态的脑电波数据，并将测得的数据累积预 定时间(S310)。因此，以小时为基础根据频率发现弯折点，并提取重复发 生的弯折频率，以便借此分析频率图案(S320)。
根据与从临床测试结果发现的各自频率具有一一对应关系的人体各部 位的数据库，从所提取的弯折频率确定人体的健康状况。这里，弯折频率 表示顶点处的频率，在所述点处获得根据频率的第一差分值且斜率符号值 相对于第一差分值而改变。
以下表1说明基于频率的人体对应数据库的实例。
表1
频带   频率   人体的相应点 Δ波   0.1到3HZ   眼睛、眼睑、眼球、眼球肌肉、面部肌肉、   鼻、嘴、脖颈、癫痫或脑损伤 θ波   4到7Hz   肩膀、耳朵、眼睛、脸、鼻、嘴或耳噪声 a波   8到12Hz   胃、肠、生殖器官、子宫、腰或肾 SMR波   12到15Hz   颈、支气管、肺、心脏、皮肤病或过敏疾病 低β波   16到20Hz   横隔膜、肾、牙齿、下颚或脊柱颈段 高β波   21到30Hz   脊柱颈段、手、脚或腿
如表1说明，各自脑电波频带分别具有特定频率带。每个特定频率带 可一一对应于人体相应部位。0.1到3Hz的脑电波频带是δ电波频带，其 对应于眼睛、眼睑、眼球、眼球肌肉、面部肌肉、鼻、嘴、脖颈、癫痫或 脑损伤。4到7Hz的脑电波频带是θ电波频带，其对应于肩膀、耳、眼睛、 脸、鼻、嘴、或耳噪声。8到12Hz的脑电波频带是a电波频带，其对应于 胃、肠、生殖器官、子宫、腰或肾。12到15Hz的脑电波频带是感觉运动 节律(Sensory Motor Rhythm，SMR)电波频带，其对应于颈、支气管、肺、 心脏、皮肤病或过敏疾病。16到20Hz的脑电波频带是低β电波频带，其 对应于横隔膜、肾、牙齿、下颚或脊柱颈段。21到30Hz的脑电波频带是 高β电波频带，其对应于脊柱颈段、手、脚或腿。
当顶点重复地在相同频率处重复发生时，脑或身体是活动的。脑电波 信号表示脑的状况，且肌肉信号表示身体的状况。每个频率带对应于人体 各部位，以借此确定人体的健康状况。通过弯折数目、脑电波信号的振幅 以及脑电波信号的FWHM值(其中发生顶点)来确定人体健康状况的严重性。 如果在睁眼状态和闭眼状态中，顶点连续发生在预定频率处，那么可在健 康状况方面确定症状是严重的。通过脑电波信号的FWHM值来确定疾病的发 展阶段。如果脑电波信号的FWHM值为低，那么疾病已经局部扩散，且如果 弯折频率的FWHM值为高，那么疾病已经广泛扩散。根据上述等式3，健康 状况可表达为H(n，V，w)＝Af(nV/w)。
这里，n表示弯折数目，V表示脑电波信号的振幅，w表示脑电波信号 的FWHM值，A表示比例常数，H表示代表健康状况的函数，且f表示变量n、 V和w的函数。因此，在对应于预定频率的人体相应部位处的疾病的严重性 与弯折数目以及脑电波信号的振幅成正比，且与脑电波信号的FWHM值成反 比。因此，产生线性等式，但也可产生非线性等式。
因此，在图4的流程图的操作S330中，确定弯折数目(即，发生顶点 的频率)。接着，在频率为低的情况下，方法前进到操作S340，以借此获得 函数H的值。在函数H的值为高的情况下，确定人体正经历无规律的疼痛 或异常(S350)。在函数H的值为低的情况下，确定人体状况为健康的(S360)。
而且，在频率为高的情况下，方法前进到操作S370，以借此获得如由 上述等式3界定的函数H。在函数H的值为低的情况下，确定人体正经历局 部异常(S380)。在函数H的值为高的情况下，确定人体具有局部疾病(S390)。