CN101194835A - 一种生物电阻抗测量电极及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物电阻抗测量电极，其特征在于，所述电极包括粘性基底层、导电粘合剂层、接扣件以及衬垫层；所述导电粘合剂层、粘性基底层和衬垫层依次连接，所述接扣件为偏心设计，所述导电粘合剂层为圆柱体形，所述接扣件与所述导电粘合剂层电连接。本发明可以保证电极与被测体表紧密接触，避免电极自被测体上移动、松开或脱落的情况，有效地提高了生物电阻抗测量时测量值的准确性与可重复性；另外，本发明可以在进行生物电阻抗测量时获得一致的电特性，减少产生误差的可能性，并保证每次测量的接触电阻抗的一致性；此外，本发明还可以进一步避免由于被测体运动对生物电阻抗测量时的干扰，保证测量值的准确性。

Description

一种生物电阻抗测量电极及测量方法

技术领域

本发明涉及电测量领域，特别是涉及生物电阻抗测量领域的一种生物电阻抗测量的电极及使用该电极进行测量的方法。

背景技术

生物电阻抗，或简称阻抗测量技术，是一种利用生物组织与器官的电特性及其变化规律提取与人体生理、病理状况相关的生物医学信息的检测技术，采用生物电阻抗方法可以实现无创、高灵敏、准确地提取相应的电特性及其变化信息。可以用于对生物的各种电参量的测量与监视，例如心电图术、生物阻抗测量、脑电图术等等，包括在生物体上放置电极，然后在电刺激进行期间或随后的时间内测量电信号。

目前在国内通常都是采用现有的心电电极进行生物电阻抗测量，然而，在本领域中公知的是，心电电极是一种无源电极，是针对人体自身产生的电位进行测量，但生物电阻抗测量需要先对被测量的生物体注入小的安全电流，再测量被测量体的反映电位，因而将心电电极应用于生物电阻抗测量中很容易产生误差。在实际中，使用心电电极进行多次测量会获得多个不同的测量值，往往两次测量值的误差最大可以超过30％，因而造成测量值的准确度和可重复性较差。

并且，由于心电电极可能从被测量的生物体体表的接触位置上松弛、翻转或脱落，或者吸收接触皮肤的水分而引起不稳定的电接触，导致测量电阻抗时测量值的准确度较低。

一种在电外科手术领域中作为接地板被广泛使用的电极是由德国Arbo^TM Medizintechnologie GmbH pfl230 D38002，Braunschweig生产的Arbo^TM电极。该电极构成一个银-氯化银极板并避免为改进接触使用电解质胶体的需要。这样的电极相对较大，在患者身体的某些部位，当仅有受限制的表面供放置电极用时，例如头部，就不能使用。

中国专利200510106313.6号申请文件公开了一种改进的一次性生物医学电极，该电极提供多个导线连接点，因此允许技术人员容易地连接导线到对于电极和患者位置的最佳连接点。还提供使得生物医学电极的制造、包装和使用更有效的结构。该发明的一次性生物医学电极是三角形的，因此导线连接点可以位于三角形的顶点上。电极可以由三角形基底形成，基底沿它的表面是导电的.导电的粘合剂层施加在基底的导电表面上，用于可去除地将电极接附在患者皮肤上。三角形基底的顶点被暴露出来，使得导线可以夹在基底上与导电表面接触，以从患者得到心电图或其他生物电势信号。该发明通过设置多个连接点，使电极不易做被测对象的体表升起、翻转或脱落，从而减少一种产生误差的可能性，但对于因粘贴电极导致的接触电阻不同引起的测量误差，从而导致测量上的可重复性差及准确度不高的问题，依然不能根本解决。并且在工业应用时，这种电极的制造成本相比较高，同时在使用中增加了也相关人员的操作时间与操作步骤。

此外，中国专利200510106313.6号申请文件也公开了一种用于生物阻抗测量的方法和电极，该发明适用于对人体进行电测量或对人体注入电流的电极已被公开，该电极为具有表面面积约在18-36m²范围内的挠性的可随意使用的电极，这种电极特别应用在生物阻抗测量中，尤其是靠使用相同电极通过电流和测量电位来完成的生物阻抗测量，同样还公开了使用这种电极进行的生物阻抗测量方法。该发明的电极在整个人体的生物阻抗测量时电极被固定在患者的手臂和腿上，不能实现一些特定组织例如颅部的测量。

总之，如何通过生物电阻抗测量电极获得准确度较高和可重复性较好的测量值，保证每次测量的接触电阻抗的一致性，降低电极生产制造成本，方便相关人员的操作，是本领域技术人员迫切需要解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种生物电阻抗测量电极，以使得在测量时保证每次测量的接触电阻抗的一致性，使其测量值的准确性较高并且两次测量值的误差值不超过30％，同时此种电极可以在任何被测体体表部位放置使用。

本发明的另一个目的是提供一种应用上述电极进行生物电阻抗测量的方法，用以进一步保证在每次生物电阻抗测量时获得准确度较高和可重复性较好的测量值。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种生物电阻抗测量电极，包括粘性基底层、导电粘合剂层、接扣件以及衬垫层；所述导电粘合剂层、粘性基底层和衬垫层依次连接，所述接扣件为偏心设计，所述导电粘合剂层为圆柱体形，所述接扣件与所述导电粘合剂层电连接。

优选的，所述导电粘合剂层的直径大于或等于16mm。

优选的，所述导电粘合剂层的直径为18mm。

优选的，所述导电粘合剂层、粘性基底层和衬垫层的面积依次增大，所述衬垫层超出所述粘性基底层的周边部分具有与皮肤粘性接触的粘性粘合面。

优选的，所述导电粘合剂中丙烯酸的含量为12％-18％。

优选的，所述导电粘合剂中丙烯酸的含量为15％。

优选的，所述衬垫层为无纺布；所述接扣件通过导电层与所述导电粘合剂层电连接，所述导电层为碳膜层和/或氯化银层。

本发明还公开了一种所述电极进行生物电阻抗测量的方法，包括：

向被测体的检测部位附加所述电极；

根据检测需要通过所述电极对被测体注入安全电流；

测量电流-电压相对关系并进行处理；

通过所述电极获取生物电阻抗参数。

优选的，所述生物电阻抗参数为交流阻抗值。

优选的，所述的方法在40khz的频率下，所述电极对的交流阻抗值不大于30欧姆，每两对电极对之间的交流阻抗值差值为不大于3欧姆。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明通过粘性基底层牢固粘附于皮肤，并通过衬垫层加强粘附，可以保证电极与被测体表牢固粘附，避免电极从被测体上移动、松开或脱落，有效避免了由于电极粘贴引起的接触电阻产生的表面电位信号的误差。

另外，本发明的导电粘合剂层设计成圆柱体形，并且其直径大于或等于16mm，同时其中丙烯酸的含量为12％-18％，从而可以在进行生物电阻抗测量时获得一致的电特性，从而保证每次测量的接触电阻抗的一致性，以获得准确度较高和可重复性较好的测量值。

此外，本发明的接扣件采用偏心设计，进一步避免了由于被测体运动对生物电阻抗测量时的干扰，保证测量值的准确性，并且本发明的导电层优选为碳膜层和/或氯化银层，可以保证电极更准确地获取被测体的反映电位。

附图说明

图1是本发明电极的主视图；

图2是本发明电极的后视图；

图3是本发明电极的侧视图；

图4是使用本发明的电极进行生物电阻抗测量时的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

需要说明的是，生物电阻抗成像属于功能成像，根据生物体内不同组织具有不同的电阻抗这一物理原理，通过给生物体注入小的安全电流，测量体表的电位来重建人体内部的电阻抗分布图像。生物电阻抗成像通过配置于生物体体表的电极阵，提取与生物体生理、病理状态相关的组织或器官的电特性信息，不但反映了解剖学结构，还给出了功能性图像结果。因而，在本发明中，生物电阻抗测量是用来检测整个被测体或其部分的注入电流和测试电压之间的相对关系的这样一种测量；双极生物电阻抗测量是表示通过同样的电极由通过电流和测试电压完成的生物电阻抗测量。

如图1、图2和图3所示，本发明的一种生物电阻抗测量电极包括粘性基底层101、导电粘合剂层102、接扣件103以及衬垫层104；所述导电粘合剂层102、粘性基底层101和衬垫层104依次连接。优选的是，所述导电粘合剂层102、粘性基底层101和衬垫层104的面积依次增大。

在使用电极进行生物电阻抗测量时，电极从被测体上移动、松开或脱落的情况经常发生，究其原因，一是由于电极的胶粘强度会因为吸收皮肤的汗液而逐渐降低，二是由于被测体在测量过程中的运动所致。在这种情况下，临床表现通常为使用电极进行生物电阻抗测量时，测量值不断下降，并且两次测量值的误差率超过30％。例如，在40khz的频率下使用电极进行测量时，所述电极对的交流阻抗值为90欧姆，每两对电极对之间的交流阻抗值差值为18欧姆。

本发明的粘性基底层101由非导电材料等制成，用以提供所述电极对皮肤的牢固的粘附力。优选的是，所述粘性基底层101是挠性的，可以根据测量需要放置于被测体的任何体表接触面。

本发明的衬垫层104覆盖所述粘性基底层101的外表面，并超出所述粘性基底层101的周边部分，该衬垫层104也具有与皮肤粘性接触的粘性粘合面，用以加强本发明的电极对皮肤的粘附力。由于电极在粘附皮肤时，衬垫层因为皮肤分泌的水分而导致粘附力降低，因此本发明的衬垫层104优选为无纺布，因为无纺布这种透气透汗的材质在与皮肤接触时可以将水分通过其本身具有的微孔排出，并且其厚度典型地为1mm的几分之一，因而可容易地与皮肤产生牢固地粘贴。

可以看出，本发明的电极对皮肤的牢固粘附力由粘性基底层101在内圈牢固粘附及衬垫层104在外圈加强粘附获得，并且衬垫层的无纺布材质可以排出皮肤的水分，从而有效地避免电极从被测体上移动、松开或脱落，从而也有效避免了由于电极粘贴引起的接触电阻产生的表面电位信号的误差，以保证在生物电阻抗测量时测量值的准确性和可重复性。

粘性基底层101的内表面连接导电粘合剂层102，所述导电粘合剂层作为电极与皮肤之间的电界面，其外表面直接与皮肤接触，用于获取被测体的反映电位信号。为了保证导电粘合剂层上各个部分的导电性能一致性，所述导电粘合剂层102设计为圆柱体形这种具有稳定导电性的形状，从而保证通过所述导电粘合剂层获取到被测体体表接触面上的反映电位是准确并且稳定的。

本发明对具有不同直径的导电粘合剂层的电极进行了测试，在各种情况下从该生物电阻抗测量中提取出有功的、电阻性阻抗分量和无功的、电容性阻抗分量。当导电粘合剂层的直径大于约16mm时，两个阻抗分量为线性的，但是这种线性，特别是电容性分量的线性在低于上述直径时受到削弱。这个结果表明，在直径低于约16mm时，由电极带来的限制开始起作用。因此，本发明导电粘合剂层的直径优选为大于或等于16mm，一个较好的结果是，其直径为18mm。在这种情况下，本发明可以获得准确度较高的生物电阻抗测量值。

在具有上述相对大的直径的导电粘合剂层的情况下，为了保证所述导电粘合剂层具有良好的导电性，降低电极与皮肤的阻抗，以便从被测体体表导出生物电信号，通过临床应用得出，导电粘合剂层102中丙烯酸的含量为12％-18％的情况下性能良好，用于人体测量时效果较佳；在丙烯酸含量为15％时性能最好，用于人体测量时效果最佳。

需要说明的是，在进行双极生物电阻抗测量时，对于同样的多个电极所具有的导电粘合剂层的面积、形状和化学成分应当尽可能保持一致，从而可以保证在使用过程中每次测量的接触电阻抗的一致性，可以进一步有效避免生物电阻抗测量时测量值可重复性差的问题。

在临床应用上，为了将所述导电粘合剂层获取的反映电位传输给生物电阻抗测量仪器，需要将电极通过接扣件与测量仪器的导线相连接来实现，显而易见，所述接扣件的连接是电连接的，用于传导电特性。在这种情况下，本发明的接扣件103由导电金属制成，通过导电层105与所述导电粘合剂层102电连接，为了进一步避免由于被测体运动或受压时对生物电阻抗测量的干扰，本发明的接扣件103采用偏心设计，相比现有技术中的中心设计式电极，偏心设计采用与敏感区分离的方式，可以有效提高测量值的准确性。

为使本发明的电极具有更好的导电性能，所述导电层105优选为碳膜层和/或氯化银层，该导电层连接到导电粘合剂层102的内表面，并且其高度小于导电粘合剂层的高度，不与被测体的皮肤发生接触。

参照图4，是应用本发明的电极进行生物电阻抗测量的方法的流程图，包括以下步骤：

步骤401，向被测体的检测部位附加所述电极；

步骤402，根据检测需要通过所述电极被测体注入安全电流；

步骤403，测量电流-电压相对关系并进行处理；

步骤404，通过所述电极获取生物电阻抗参数。

其中，所述生物电阻抗参数为交流阻抗值和/或每两对电极对之间的交流阻抗值差值。

当然，对于计算的方法本领域技术人员根据实际需要选择即可，本发明对此不需要进行限制。

使用本发明的电极获得的结果为，在40khz的频率下，所述电极对的交流阻抗值不大于30欧姆，每两对电极对之间的交流阻抗值差值为不大于3欧姆，可以得出，其测量值具有较高的准确性与可重复性。以上对本发明所提供的一种生物电阻抗测量电极及测量方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种生物电阻抗测量电极，其特征在于，所述电极包括粘性基底层、导电粘合剂层、接扣件以及衬垫层；所述导电粘合剂层、粘性基底层和衬垫层依次连接，所述接扣件为偏心设计，所述导电粘合剂层为圆柱体形，所述接扣件与所述导电粘合剂层电连接。

2.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述导电粘合剂层的直径大于或等于16mm。

3.如权利要求2所述的电极，其特征在于，所述导电粘合剂层的直径为18mm。

4.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述导电粘合剂层、粘性基底层和衬垫层的面积依次增大，所述衬垫层超出所述粘性基底层的周边部分具有与皮肤粘性接触的粘性粘合面。

5.如权利要求1、2或3所述的电极，其特征在于，所述导电粘合剂中丙烯酸的含量为12％-18％。

6.如权利要求2所述的电极，其特征在于，所述导电粘合剂中丙烯酸的含量为15％。

7.如权利要求1、2或3所述的电极，其特征在于，所述衬垫层为无纺布；所述接扣件通过导电层与所述导电粘合剂层电连接，所述导电层为碳膜层和/或氯化银层。

8.一种应用权利要求1的电极进行生物电阻抗测量的方法，包括：

向被测体的检测部位附加所述电极；

根据检测需要通过所述电极对被测体注入安全电流；

测量电流-电压相对关系并进行处理；

通过所述电极获取生物电阻抗参数。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述生物电阻抗参数为交流阻抗值。

10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，在40khz的频率下，所述电极对的交流阻抗值不大于30欧姆，每两对电极对之间的交流阻抗值差值为不大于3欧姆。

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