CN102740767B - 能够进行无线通信的便携式eeg监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种远程监控易受低血糖发作影响的个体的EEG信号的系统,所述系统包含具有用于测量来自所述个体的一个或多个EEG信号的电极(5)的EEG传感器部件(2),并且包含适用于可移除地布置在所述个体耳朵的具有用于分析所述EEG信号的EEG信号处理装置(13)的处理单元(4),其中信号处理装置适用于基于EEG信号识别或预测所述个体的低血糖发作。处理部件(4)包含用于基于所述经分析的EEG信号决定何时需要提供警报或信息的决策装置。该系统包含在所述EEG传感器部件(2)和所述处理部件(4)之间的第一连接(12),适用于将来自可植入的EEG传感器部件的EEG信号发送至处理单元。该系统包含适用于从处理部件无线接收警报的外部部件(3),其中外部部件适用于将警报转发至护理人员。该系统包含在所述处理单元和所述外部部件之间的第二连接(20),第二连接是无线的。
Description
技术领域
本发明涉及一种提供个体的即将发生的发作的警报的系统,其中系统基于监测个体的脑电图(EEG)信号。更具体地,本发明涉及用于远程监测易受低血糖发作影响的个体的EEG信号,其中系统包含具有用于测量来自所述个体的一个或多个EEG信号的电极的EEG传感器。系统进一步包含处理单元,该处理单元具有用于分析EEG信号的EEG信号处理装置,所述信号处理装置适于基于EEG信号识别或预测所述个体的低血糖发作,所述处理部件包含基于所述经分析的EEG信号决定何时应当提供警报或信息的决策装置。
背景技术
对于糖尿病人,准确控制血糖浓度非常重要。血糖水平不应当过高,以便限制糖尿病长期影响的风险。血糖水平也不应当过低,因为这可能导致低血糖,病人会变得失神,甚至变得无意识。低血糖可能是致命的。通常,糖尿病人的问题是他们在血糖浓度已经降到出现低血糖的水平时感觉不到任何预兆。该现象被称为低血糖无意识。因此,发病风险通常限制有关人们可能的活动,而且降低其生活质量。通过以下简单方式可以防止发病,例如当葡萄糖值变得很低时消耗适当的食物。处于风险组中的人数是大约一千万。
WO-A1-2006066577公开了用于预测和警报低血糖发病的装置,其中植入单元仅作为接口单元以低功耗工作,该装置从一个或多个电极聚集EEG信号,并且无线发送EEG信号通过皮肤到达外部单元。外部单元含有需求更高功率的元件,其包括信号处理单元和警报信号设备。在该情况中警报可以是声信号。
WO-A1-2006066577进一步公开了用于预测和警报低血糖发病的装置,其中植入单元同时包含信号处理器、警报设备、由外部单元通过皮肤无线充电的可充电电池以及允许植入单元将数据传送至外部单元或一个或多个替代外部单元的无线通信电路。
WO-A2-2007047667公开了包含生物电测量系统、远程监控系统和移动设备的装置。生物电测量系统与正在经受医疗监测的病人结合使用,以测量与EEG和EMG读数相关联的生物电信号模式。远程监控系统和移动设备被配置为从生物电测量系统接收涉及生物电的数据的发送。如果检测到紧急情况特征,远程监控系统可以将合适的数据和/或预定义的通知警报和消息引导发送至医学上可使用的移动设备。
WO-A2-2008092133公开了一种用于监控对象和其感病性是否具有发作的系统。该系统含有植入组件和外部组件。外部组件可以用于提供警报指令。来自外部组件的输出可以是视觉的、声音的、触觉的(例如,振动)或其某些组合。所公开的系统也可以包括报警,其被配置为表明植入组件和外部组件之间存在通信错误。报警信号可以是视觉报警信号、音频报警信号、触觉报警信号或其任何组合。外部组件的元件可以被集成在一般的消费电子设备的外壳中,例如MP3播放器或手机的外壳。用于在植入组件和外部组件之间传送数据的无线电频率一般是在13.56MHz和10GHz之间的频率。
WO-A2-2007150003公开了一种用于对来自病人的生理信号非固定地长期监控的系统。至少一部分该系统可以被植入病人体内。大脑活动信号利用外部供电的无导线植入设备从病人采样获得的,并且该大脑活动信号被发送至手持式病人通信设备用于进一步处理。外部设备一般将包括用户接口。当植入设备不在通信范围内时,用户接口可以用于提供警报信号。
许多糖尿病人是老年人,一些老年人在即将发生的低血糖发病的警报时不能独立地采取必要的行动。对于患有糖尿病的孩子,情况相同。对于需要帮助才能防止即将发生的低血糖的人来说,需要一种也可以发送警报给助手的系统,例如,不一定在同一个房间的护理人员。在患糖尿病的孩子的情况中,助手一般是父母。为了避免出现错误,必须尽可能简单地操控这种系统,并且该系统容易控制。简单操控包括换电池或对电池再充电之间的间隔应当尽可能长。系统的容易控制包括应当容易检测布置在人体的皮肤表面的部件的正确定位。简单操控和容易控制在私人疗养院尤其重要,在私人疗养院中一个助手或护理人员需要密切注意涉及不同人的不止一个警报系统,同时还要进行许多其他工作。
已知的用于警报即将发生的低血糖发病的系统不能充分满足获得可以无线地警报助手的系统的需求,并且该系统容易操控和控制。
发明内容
通过用于远程监测易受低血糖发作影响的个体的EEG信号的系统已经解决了该问题,其中该系统包含具有EEG传感器,所述EEG传感器具有用于测量来自所述个体的一个或更多个EEG信号的电极。该系统进一步包含适于可移除地布置在所述个体耳朵处的处理单元,所述处理单元具有用于分析EEG信号的EEG信号处理装置,所述信号处理装置适于基于EEG信号来识别或预测所述个体的低血糖发作,所述处理部件包括用于基于所述经分析的EEG信号来决定应当何时提供警报或信息的决策装置。该系统还包含为个体提供警报的警报装置。该系统进一步包含EEG传感器部件和处理单元之间的第一连接,其适于将来自该EEG传感器部件的EEG信号发送至该处理单元。该系统进一步包含适于从所述处理部件无线地接收警报的外部部件,所述外部部件适于将警报转发至助手,以及该系统包含处理单元和外部部件之间的第二无线连接。
解决方案具有如下优势,即如果控制单元的外壳被布置在耳朵位置,则容易控制处理单元的正确定位。如果处理单元被正确地定位,则可以直接看到它。而且,布置在个体头部的系统的部件可以制造得相对小且轻。
另一个优势是,可以在处理单元中直接执行信号处理。因而,同样地不需要将EEG信号发送至外部部件。只需要发送警报或其他特定的信息。这节省了传输功率。
在用于远程监测EEG信号的系统的优选实施例中,系统包含用于向个体提供警报的警报装置,因此该系统能够向被监测低血糖的个体提供直接警报。警报装置可以是扬声器或机械振动器,并且可以布置在处理单元中。向个体提供直接警报和将警报无线发送至助手具有的一个优势是个体处于培训时间段以学会独自处理警报的情况。在个体习惯于系统的时间段期间,发送至助手或护理人员的警报可以是避免低血糖发作的额外安全措施。
能够提供无线警报至助手和提供直接警报给处于低血糖危险中的个体的系统的另一个优势是,将无须根据发送直接警报和无线警报给助手的需求而改变系统。这种改变可能是孩子学会独自处理警报,因此不需要来自父母的帮助。老年人可能最初也能够处理警报,但是可能在某些时间点需要也获得警报的助手的保险。逻辑上讲,制造和分配能够同时进行以上两个操作的一个系统而不是两个不同的系统将更简单和更便宜。
进一步优势是,可以同时向个体提供直接警报和向护理人员提供无线警报意味着当只需向个体提供警报时和只需向护理人员提供警报时的两种条件下可以应用相同形式(version)或相同型号(model)的EEG传感器和处理单元。因而,可以降低需要制造的不同形式或不同型号的数量。
在用于远程监测EEG信号的系统的优选实施例中,EEG传感器部件适于植入头部。这种植入可以是皮下的或颅内的。优势是,可以获得在电极和组织之间更好接触。也可以相对容易地植入皮下EEG传感器。可替换地,EEG传感器部件可以布置在耳道中,其中电极接触耳道的组织。因而,避免了任何手术,但是电极和组织之间的接触较不稳定。
在具有植入的EEG传感器部件的系统的进一步实施例中,第一连接是无线的,EEG传感器部件包含第一线圈,处理单元包含第二线圈。第一无线连接是基于第一线圈和第二线圈之间的电感耦合,并且第一无线连接适于将来自处理单元的功率传送至可植入的EEG传感器部件。这利于在无电池情况下驱动植入的EEG传感器部件,因为处理单元为其提供动力。
在系统的优选实施例中,描述的外部部件适于将警报或信息发送至远程部件。其优势是,助手和处于低血糖发作危险的个体之间的距离可以更大。
在该系统的进一步实施例中,远程部件是手机,通过标准的手机网络发送所述警报或信息。其优势是,护理人员不需要随身携带任何额外设备,并且通过利用相同的手机可以容易监视若干个体。
在该系统的进一步实施例中,远程部件被设置为发送指令给外部部件或处理单元。在缺少外部部件或处理单元中的一个或同时缺少两者的情况下,通过触发它们使其发出声音可以容易跟踪外部部件或处理单元。还可以触发外部部件或处理单元中的一个或两者使其返回具体的信息。
在该系统的进一步实施例中,外部部件提供有从以下组中选择的至少一个进一步功能:远程控制、数据记录器、到处理单元的数据的流传输(streaming)、用于输入关于警报处理的信息的终端。如果个体为了一个或更多个这些目标而应用外部部件,那么将增加系统的功能性。远程控制可以用于在具体程序之间进行选择,例如,取决于个体的身体状态,诸如睡觉、醒着的或做运动。数据记录器可以用于记录大量数据,例如如果其关于在某个时间段记录EEG信号,则处理单元可以设置为将信号流传输(stream)到外部部件,其中有利的是比起处理单元的更有限空间可以为外部部件提供更多的数据记录容量。外部部件可以用于将数据(诸如音乐或无线电广播)流传输到处理单元,其中数据可以从处理单元通过扬声器播放给个体,形成警报装置。外部部件可以作为系统的终端应用,例如键盘,从而检验个体的精神状态。如果已经提供警报,系统可以要求个体响应必要的步骤,例如吃或喝,从而避免出现低血糖。此外,该系统可以设置为用于检查个体是否有低血糖的迹象。这可以通过要求个体在外部部件上输入代码或简单计算结果来实现。
在该系统的进一步实施例中,处理单元和外部部件之间的第二无线连接基于感应链接。与传统无线电通信的天线相比较,该天线更小。
在本发明的第二方面中,还涉及用于EEG监测、检测和提供个体即将发生低血糖发作的警报的方法。
附图说明
现在将参考附图进一步详细地说明本发明的实施例。
图1示出一实施例,其中系统的处理单元准备布置在耳朵后面,并且EEG传感器部件准备皮下布置在耳朵后面区域。
图2示意性示出用于基于植入的EEG传感器部件远程监测EEG信号的系统。
图3示出用于监测EEG信号的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出装备有用于监测EEG信号的系统1的个体的头部6。正在被监控的个体携带着可植入EEG传感器2和处理单元4。两个单元2、4适于通过个体的皮肤进行无线通信。植入的EEG传感器2包含电极5。传感器将具有至少两个电极,其可以作为单独的电极沿着如图1中所示的相同电线5布置。包含与各个导体相关联的所有电极的一条电线可以利于植入过程。EEG传感器装备有电子模块7。
处理单元4被布置在正被监控其EEG信号的个体的耳朵处。优选地,处理单元4被布置在耳朵后面的外壳中,作为耳后助听器。这也利于位置尽可能地接近植入部件,这对于通过皮肤进行无线通信和功率传送而言是非常重要的。由于该位置是在耳后的外壳,因此还需要固定装置。为此目的,用于将来自助听器的声音传输至耳道的电线或声管的一部分也可以被使用。这意味着该电线或声管应当相对较硬,即适于在使用期间保持最初的给定形状。除此目的之外,电线或声管也可以用于提供声音警告或消息给用户。在电线的情况中,扬声器或接收器可以布置在耳道内或接近耳道。在声管的情况中,扬声器或接收器可以布置在处理单元的外壳内。
图1进一步示出了外部部件3和远程部件30。
图2示出了用于监测EEG信号的系统的实施例的主要元件。
可植入的EEG传感器2和处理单元4之间的无线连接12基于传感器中的线圈10和处理单元中的线圈11之间的电感耦合。该无线连接12用于将来自处理单元4的功率传送至可植入的EEG传感器2中。因而,可以在无电池的情况下操作EEG传感器。两个线圈10、11应当在皮肤屏障的每侧紧密地对齐,从而实现有效的功率传送。一个线圈的中心轴线应当优选地继续穿过另一个线圈的中心轴线,或是两个中心轴线应当彼此靠近地布置。当布置处理单元时确保该靠近布置。在植入期间应当这样放置EEG传感器,以便容易对齐两个线圈,即EEG传感器应当布置在一定的位置,在该位置处线圈10处于容易与处理单元的线圈成一直线布置的位置。
在两个线圈10、11之间未充分对齐到能够获得满意的功率和数据传输的情况中,可以通过处理单元进行检测,并且将通知发送至外部设备。
基于电感耦合的无线连接也用于将来自植入的EEG传感器2的EEG信号传输至处理单元4。这可以通过改变EEG传感器中的线圈10上的负载实现。EEG传感器中的负载的变化影响处理单元中的线圈11上的功率负载。用这种方式,EEG信号可以从EEG传感器传输至处理单元。
电感耦合可以基于宽频带内的频率。其可以是大约125kHz的频率,125kHz频率也用于RFID系统。也可以使用更高的频率。可以是在0.5MHz到2MHz范围内的频率。但是大约10MHz范围内的频率也可以应用。更高频率的优势是天线可以制造得更小。不幸的是,更高的频率也将导致功率消耗增加。这些趋势施加于电感耦合和传统的无线电通信。对于传送功率的电感耦合而言,线圈必须处于彼此的近场范围,从而获得有效的功率传送。实际上,这设定了线圈可以是多小的限制。
对于基于电感耦合的1MHz无线连接的天线大小的例子来说,可以将植入的EEG传感器的线圈10制造为外直径在10mm到18mm范围内,优选地在12mm到16mm内,以及更优选地大约14mm,并且在垂直于限定圆形线圈的外圆周的平面的方向上的高度为0.5mm到1.5mm,优选约为1mm。头骨和头皮之间皮下布置的植入物是大约1mm高或1mm厚,这对大多数人而言是可以接受的。处理单元中相对应的线圈11可以具有在4mm到10mm范围内的外直径,优选地在6mm到8mm,和在4mm到8mm范围内的高度,优选约6mm。这些尺寸将适合于装入等同于小助听器尺寸的处理单元的外壳中。这些线圈尺寸足够用于将功率从处理单元传送至植入的EEG传感器和将信号从EEG传感器传送至处理单元。
处理单元4包含用于经由两个线圈10、11通过电感耦合传送功率的装置和用于接收EEG传感器2获得的EEG信号的装置。处理单元4包含用于提供功率给处理单元的元件以及将功率传送至EEG传感器的电池(未示出)。
处理单元4还包含用于根据预定义的算法分析EEG信号从而识别即将发生的发作的EEG信号处理器13。
处理单元4包含存储器,例如EEPROM16,用于记录EEG信号、特定事件或警报。
处理单元4包含警报设备,例如扬声器17形式的警报设备。警报设备可以例如通过放大器被连接到EEG信号处理器13。在警报设备是扬声器的情况下,可以用于重新播放存储在存储器的语音消息。这些消息可以要求正在被监控的个体执行特定行为,从而避免发作。警报设备也可以是振动器,在警报振动的情况中,例如依靠皮肤通知个体。振动器也可以通过皮下连同植入的EEG传感器放置或作为植入的EEG传感器的一部分放置。个体仍将能够感觉到任何振动。
处理单元4的不同元件可以通过数据总线15连接起来。
处理单元4进一步包含具有天线18的无线电14。这是为了通过第二无线连接20与外部部件3进行通信。建立最小功率消耗的无线电和天线。因此,无线电将适于到外部部件3的短程传输。天线也必须相对较小,从而能够装配在处理单元的外壳中。通过应用感应天线即线圈,可以实现以上两个目的。感应天线的频率可以是大约10MHz。感应天线的优势是接收器和发射器电路中较低的功率消耗。劣势是信号能够被传输的距离短,因为信号强度随着距离的增加以三倍功率下降。
对于基于处理单元4和外部部件3之间的电感耦合的10MHz无线连接的天线尺寸示例来说,处理单元的线圈天线18可以制造为外直径在1mm到2mm范围内,优选地约1.5mm,在垂直于限定圆形线圈外圆周的平面的方向上的高度为4mm到8mm,优选地约6mm。该尺寸使得线圈可以布置在处理单元的外壳中。外部部件中相对应的线圈天线21的外直径在3mm到8mm范围内,优选地在5mm到6mm范围,其高度在20mm到50mm范围内,优选地在30mm到40mm范围内。
因此,处理单元4发送到的外部部件3应当布置在装备有EEG传感器2和处理单元4的个体的相对靠近的范围内。这意味着外部部件应当在同一房间,或可以在人体口袋中,例如优选地在4m的范围内,更优选地在3m范围内,甚至特别优选地在2m内。
处理单元和外部部件之间的第二无线连接20的通信也可以由标准无线电执行。虽然植入的EEG传感器和处理单元之间的第一无线连接的通信大约是连续的,但处理单元和外部部件之间的第二无线连接的通信是更稀疏的,因为EEG信号的信号处理在处理单元进行,并且处理单元仅在特定时机发送至外部部件,诸如在检测到即将发生发作的情况下或在特定维护相关信息的情况下,例如电池电量较低或系统正在正确运行的简短确认消息。这意味着由于第二无线连接要传送相对较少的数据量,所以第二无线通信只需要小带宽。由此,该连接对来自周围的噪声不敏感。
外部部件3包含短程无线电22,用于通过天线21与处理单元4进行通信。外部部件3进一步包含更大范围的无线电25,用于与远程部件30进行通信。外部部件3包含存储器24,可以将数据从处理单元4传送至该存储器24。外部部件3中的存储器容量可以显著大于处理单元中的存储器容量。外部部件3进一步包含微控制器23,用于操控与处理单元4和与远程部件30的通信。因为外部部件3不必直接携带在身上,所以外部部件3可以比处理单元4更重更大,因此可以包含电池(未示出),外部部件3电池的容量可以显著大于处理单元4的电池容量。因而,与远程单元的无线通信可以是需要更大功率的类型,因此提供较长距离的通信。
处理单元的外壳可以包含用于正在被监控的个体的实际情况的其他测量的换能器。其可以是温度、皮肤湿度、脉搏等。
除了用作处理单元4和远程部件30之间的中继设备之外,外部部件3还可以包含其他构件/特征。这种其他构件/特征可以在需要远程控制的情况下起远程控制的作用。这可以是如下情形:不同程序是可能的,或为了个体响应警报。另一个构件可以是额外的警报设备,优选地声音类型的警报设备,用于警告接近被EEG监测的个体的人们。
远程部件30必须与外部部件在较长距离范围进行通信,至少是建筑物的不同房间。这意味着远程部件30中的无线电32和天线31与外部部件中的无线电25和天线26之间的通信链接27应当通过标准无线电连接而不是感应/电感类型。为此,原则上可以使用诸如10米或更大范围的任何无线电通信。
一种可能是应用手机网络来作为通信链接27。由此,远程部件30可以是标准手机,例如,装有用于以预定义形式提供警报的软件。优选地,远程部件30具有软件和/或微控制器33,其适于提供关于如何处理警报的信息。图2中所示的远程部件30具有扬声器34形式的警报装置。
除了警报之外的数据也可以被发送至远程部件。这可以是关于几乎要被触发但被阻止的警报的发生率的数据或信息。如果在EEG监测下的个体正好在将要触发警报之前正在进食或喝东西,因而增加血糖浓度,那么可以阻止警报。
将关于EEG传感器、处理单元或外部部件的工作状态的信息发送至护理人员,也将是相关的。这可以是低电池电量。而且,处理单元和EEG传感器之间的接触损耗的信息对于发送至远程部件也是重要的。这些接触损耗可能是由于移除了处理单元,或是已经改变其位置因此线圈不再对齐。而且,指示个体的身体状态的数据(例如,正在睡觉或醒着)也可以被传送。很明显,传送所有类型数据应当只在经过个体同意之后进行。
图3是用于检测和提供关于即将发生的低血糖发作的警报的无线监测方法步骤的流程图。该方法优选地基于植入的EEG传感器的实施例。方法中第一个步骤是连续地测量易受低血糖发作影响的个体的EEG信号。通过EEG传感器2测量EEG信号,其中EEG传感器2优选地皮下植入个体的头部,优选地植入在耳后。EEG传感器装备有用于测量一个或更多个EEG信号的电极5,并且包含用于无线通信的线圈。经测量的EEG信号基于EEG传感器的第一线圈10和处理单元4的第二线圈11之间的电感耦合通过无线连接从EEG传感器发送至处理单元。而且,功率通过相同的电感耦合从处理单元发送至可植入的EEG传感器。在下一步骤中,在处理单元中处理EEG信号,该处理单元具有用于分析EEG信号的EEG信号处理装置。在信号处理装置中基于EEG信号执行即将发生的低血糖发作的识别或预测。基于识别或预测,决定是否应当为助手或正在被监控的个体提供警报或其他信息。在额外的步骤中,处理单元将警报通过在处理单元和外部部件之间建立的第二无线连接发送至外部部件。外部部件可以提供警报给护理人员。在优选的实施例中,外部部件将警报发送至远程部件,其提供警报给护理人员。
Claims (8)
1.一种远程监测患糖尿病的个体的EEG信号的系统,所述系统包含:
EEG传感器部件,其具有用于测量来自所述个体的一个或更多个EEG信号的电极,其中所述EEG传感器部件适于皮下植入所述个体的头部,
适于可移除地布置在所述个体耳朵处的处理单元,所述处理单元具有用于分析所述EEG信号的EEG信号处理装置,所述信号处理装置适于基于所述EEG信号来识别或预测所述个体的低血糖发作,所述处理部件包含用于基于经分析的所述EEG信号来决定何时应当提供警报或信息的决策装置,
在所述EEG传感器部件和所述处理单元之间的第一无线连接,其适于将来自所述EEG传感器部件的EEG信号发送至所述处理单元,
适于从所述处理部件无线接收警报的外部部件,所述外部部件适于向所述个体提供直接警报且同时将警报无线发送至护理人员,以及
在所述处理单元和所述外部部件之间的第二无线连接,
其中所述EEG传感器部件包含第一线圈,并且所述处理单元包含第二线圈,其中所述第一线圈和所述第二线圈在皮肤屏障的每侧紧密地对齐,其中所述第一无线连接基于所述第一线圈和第二线圈之间的电感耦合并且适于将来自所述处理单元的功率传送至所述EEG传感器部件。
2.根据权利要求1所述的系统,包含用于提供警报给所述个体的警报装置。
3.根据权利要求1或2所述的系统,其中所述外部部件适于将警报或信息发送至远程部件。
4.根据权利要求3所述的系统,其中所述远程部件是手机,并且所述警报或信息通过标准手机网络发送。
5.根据权利要求3所述的系统,其中所述远程部件被设置为将指令发送至所述外部部件或所述处理单元。
6.根据权利要求1所述的系统,其中所述外部部件装备有从以下组中选择的至少一个额外功能:远程控制、数据记录器、到所述处理单元的数据的流传输、用于输入关于警报处理的信息的终端。
7.根据权利要求1所述的系统,其中在所述处理单元和所述外部部件之间的所述第二无线连接基于感应链接。
8.一种由根据权利要求1-7中任一项所述的系统实现的EEG监测方法,所述方法包含步骤:
通过EEG传感器部件测量所述个体的EEG信号,所述EEG传感器部件具有用于测量一个或更多个EEG信号的电极,
通过所述EEG传感器部件和处理单元之间的第一无线连接将来自所述EEG传感器部件的经测量的EEG信号发送至所述处理单元,所述处理单元适于可移除地布置在所述个体耳朵处,
在所述处理单元中处理所述EEG信号,所述处理单元具有用于分析所述EEG信号的EEG信号处理装置,
其中所述EEG传感器部件包含第一线圈,并且所述处理单元包含第二线圈,其中所述第一线圈和所述第二线圈在皮肤屏障的每侧紧密地对齐,其中所述第一无线连接基于所述第一线圈和第二线圈之间的电感耦合并且适于将来自所述处理单元的功率传送至所述EEG传感器部件。
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