CN102319068B - 基于电容耦合原理脑电干电极 - Google Patents
基于电容耦合原理脑电干电极 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102319068B CN102319068B CN 201110215378 CN201110215378A CN102319068B CN 102319068 B CN102319068 B CN 102319068B CN 201110215378 CN201110215378 CN 201110215378 CN 201110215378 A CN201110215378 A CN 201110215378A CN 102319068 B CN102319068 B CN 102319068B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrode
- capacitance
- capacitance electrode
- electroencephalo
- graph
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000008878 coupling Effects 0.000 title abstract 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 title abstract 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 title abstract 2
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 claims abstract description 18
- 210000004209 hair Anatomy 0.000 claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 15
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 12
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 11
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 6
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims description 5
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 5
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 claims description 5
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims description 5
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 8
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- FPWNLURCHDRMHC-UHFFFAOYSA-N 4-chlorobiphenyl Chemical compound C1=CC(Cl)=CC=C1C1=CC=CC=C1 FPWNLURCHDRMHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 210000001061 forehead Anatomy 0.000 description 1
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
一种生物医学技术领域的
基于电容耦合原理脑电干电极
，应用于人体电势的测量，包括：金属屏蔽罩，
PCB
，电容电极，其中电容电极中含有一块金属薄片用于将电极与
PCB
连接起来。电容电极整体结构固定在帽子内，电容电极触角插入头发，避免头发在测量时对信号的干扰，固定于帽子内的电容电极可适当调整以获取更高质量的信号。本发明用于脑电信号采集的脑电极结构利用现有的加工工艺和机械结构，能够很好的采集脑电信号，与传统的湿电极相比，不需要皮肤准备步骤，可以用于长期脑电信号的检测，不受测量主体运动的影响，其结构小巧，使用方便快速，减少外部噪声，可以完成微伏级脑电信号的高质量记录。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种生物医学领域的基于电容耦合原理脑电干电极，具体是一种利用电容原理制作的电容性电极加上设计巧妙的机械结构构成的脑电极。
背景技术
目前关于脑电极主要有三种：湿电极、干电极、电容电极。
传统的脑电极技术，亦即湿电极，在采集脑电信号的时候需要提供很低的接触阻抗，在这种要求下需要用导电膏来实现。这样的在采集脑电信号之前的准备工作会花费很长的时间，采集通道越多，花费的时间越长。而且，导电膏会在一定的时间内干掉，对于长期监测人体的系统来说是个瓶颈。同时，对于采集脑电信号时头发的障碍也是亟需解决的问题。
干电极和电容电极技术的应用避免了导电膏的使用，解决了用湿电极来做长期监测时所遇到困境。从干电极的技术原理上看，干电极是接触式的脑电极，通过一片金属导体与皮肤接触加上后续电路进行脑电的采集。因此，干电极在应用时存在一个潜在的危险：金属对人体的伤害，比如在运动时、受到撞击时等情况下。
经对现有技术文献的检索发现，C. Fonseca，J. P. Cunha等人在《IEEE Trans. On Biomed. Eng》54 (2007)4434-4438撰文“A Novel Dry Active Electrode for EEG Recording”(“一种应用于脑电信号采集的新型脑电极”《生物医学工程传感器》)，该文提出采用以不锈钢为基底，在不锈钢上形成一层0.2μm作为电容电介质层。该制作工艺复杂，工序繁多，制作成本高。由于电容电极的阻抗非常高，噪声与运放的输入阻抗的平方根的倒数成正比关系，因而为减小噪声干扰，需要非常高的输入阻抗(达到TΩ级)，从该文的电路上来看，该问题并未解决很好。
电容电极是一种非接触式脑电极，通过电容耦合的原理，不需要电极与皮肤直接接触。这样解决上面所述的问题，不需要导电膏的辅助，没有头发的干扰。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的不足和缺陷，提出一种制作简单，减小噪声干扰等问题的基于电容耦合原理脑电干电极，以解决运用电容性电极一直以来在采集脑电的时候遇到头发的问题。
本发明通过以下技术方案实现，本发明包括：电容电极，印刷电路板PCB，屏蔽罩。其中：电容电极设置在双层印刷电路板 PCB上，双层印刷电路板 PCB底层与电容电极金属基底连接，顶层为阻抗转换电路和偏置电路，电容电极底面嵌入一块金属薄片用于将电极与印刷电路板PCB连接起来，屏蔽罩安装于电容电极上，印刷电路板PCB位于屏蔽罩内。
所述的电容电极底面的金属薄片，该薄片开孔，用于将电极和印刷电路板PCB通过导线连接起来。
所述的电容电极包括：电介质以及位于电介质底面的金属基底。
所述的电容电极电介质通过模具成型技术制作，将金属基底黏着在电介质底面。电极的触角长度可根据头发的厚度调整。
所述的屏蔽罩根据电容电极的形状机械加工成型。
本发明所采用的材料分别为：电容电极的电介质采用PDMS，屏蔽罩采用金属材料。
本发明采用机械加工工艺制作电容电极，电容电极的优势在于可以与皮肤不发生接触的情况采集信号，这种优势对于在采集脑电信号的时候显得尤为重要。根据研究表明，脑电信号的主要区域在头顶偏后的位置，不过该位置由于头发的困扰，一直以来，采用干电极技术采集脑电信号都是将电极放置于额头靠近发迹线处以避免头发的干扰。本发明能克服头发的障碍，将电极放置于脑电信号丰富的位置，采集的脑电信号更为精确。而且，与现有的干电极技术相比性能突出，结构巧妙。
附图说明
图1是本发明一实施例的整体结构示意图；
图2是本发明一实施例的电容电极整体结构示意图；
图3是本发明一实施例的电容电极剖面示意图；
图4 是本发明一实施例的电容电极俯视图；
图中：电介质1，金属基底2， PCB 3，屏蔽罩4，金属薄片5，孔6。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括：电容电极，印刷电路板PCB3，屏蔽罩4。其中：电容电极设置在双层印刷电路板 PCB3上，PCB3底层与电容电极金属基底连接，顶层为阻抗转换电路和偏置电路，电容电极底面嵌入一块金属薄片5，屏蔽罩4安装于电容电极上，印刷电路板PCB3位于屏蔽罩4内。
本实施例中，屏蔽罩4为金属屏蔽罩4，金属屏蔽罩采用铝材加工成方形盒状。长度为28mm，宽度为3mm，厚度为0.5mm。在屏蔽罩4外延开两个孔用于固定在电容电极上。
如图2所示，该图为电容电极整体结构示意图，其中采用PDMS成型出触角阵列形状的电容电极（电介质1，金属基底2），并在电容电极底面嵌入一块金属薄片5。电容电极底部直径为30mm，触角阵列为4x4，触角直径为1mm，长度为10mm。。
如图3所示，该图为电容电极剖面示意图，电容电极包括：电容电极金属基底2底部嵌入一块金属薄片5，并开孔6。金属薄片5直径为15mm，厚度为1mm。在电容电极底部开孔，孔径2mm，用于将电极和PCB3通过导线连接起来。
本实施例中电容电极制造工艺：将金属薄片放置60
o
C烘箱1h，将PDMS和固化剂按比例混合，搅拌，放置真空箱内将气体抽干。浇铸PDMS与模具上形成所需电容电极。
本实施例中，电容电极的触角（即电介质1）长度不受限制，可以根据实际情况进行设计。电容电极阵列的数量不受限制，可以根据实际情况进行设计。金属薄片形状大小不受限制，可以根据实际情况进行设计。屏蔽罩根据电容电极的形状机械加工成型。
本实施例中，所述PCB3顶层的阻抗转换电路和偏置电路为现有常用电路，阻抗转换电路包括运放和一些无源器件，焊接于PCB顶层表面。在PCB底层表面的焊盘与电容电极的金属基底焊接起来。
本实施例的工作原理为：电容电极工作时时用的是位移电流，而不是真正的电荷电流。因此，电容电极可以不需要接触到信号源，亦即人体，实现了真正无创电极。为了消除在采集脑电信号时头发的干扰，利用电极触角来插入头发中。相比于皮肤准备法的湿电极而言，此电极无需导电膏等来辅助脑电信号采集，大大降低采集的复杂程度，利于脑电信号的长期监测采集。
本实施例中：当本装置应用于脑电信号采集时，将电容电极固定于帽子内，帽子戴在头上后，利用电容电极触角穿过头发，适当调整位置，使得采集的信号质量更高。通过这样的装置，不但可以长期对脑电信号的采集，而且也避免的了头发的干扰以及外部的噪声。
如表1所示，本实施例的实际应用要求所用尺寸如表所示。
本发明用于脑电信号采集的电容电极结构结合现有的加工技术加上设计巧妙的结构，能够很好的采集脑电信号，与传统的湿电极相比，不需要皮肤准备步骤，可以用于长期脑电信号的检测，其结构小巧，使用方便快速，可以完成微伏级脑电信号的高质量记录。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (6)
1.一种基于电容耦合原理脑电干电极，其特征在于包括：电容电极，印刷电路板PCB和屏蔽罩，其中：电容电极设置在双层印刷电路板PCB上，双层印刷电路板PCB底层与电容电极金属基底连接，顶层为阻抗转换电路和偏置电路，电容电极底面嵌入一块金属薄片用于将电极与印刷电路板PCB连接起来，屏蔽罩安装于电容电极上，印刷电路板PCB位于屏蔽罩内；所述的电容电极包括：电介质以及位于电介质底面的金属基底，所述的电容电极的形状为触角阵列形状，所述触角即电介质。
2.根据权利要求1所述的基于电容耦合原理脑电干电极，其特征在于：所述的电容电极底面的金属薄片上设有孔，用于将所述电容电极和印刷电路板PCB通过导线连接起来。
3.根据权利要求1所述的基于电容耦合原理脑电干电极，其特征在于：所述的电容电极电介质通过模具成型技术制作，将金属基底黏着在电介质底面，所述电容电极的电介质长度根据头发的厚度调整。
4.根据权利要求1或2所述的基于电容耦合原理脑电干电极，其特征在于：所述的电容电极的电介质采用PDMS。
5.根据权利要求1所述的基于电容耦合原理脑电干电极，其特征在于：所述的屏蔽罩根据电容电极的形状机械加工成型，所述的屏蔽罩形状为方形盒状。
6.根据权利要求1或5所述的基于电容耦合原理脑电干电极，其特征在于：所述的屏蔽罩采用金属材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201110215378 CN102319068B (zh) | 2011-07-29 | 2011-07-29 | 基于电容耦合原理脑电干电极 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201110215378 CN102319068B (zh) | 2011-07-29 | 2011-07-29 | 基于电容耦合原理脑电干电极 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102319068A CN102319068A (zh) | 2012-01-18 |
| CN102319068B true CN102319068B (zh) | 2013-08-28 |
Family
ID=45447005
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201110215378 Expired - Fee Related CN102319068B (zh) | 2011-07-29 | 2011-07-29 | 基于电容耦合原理脑电干电极 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102319068B (zh) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102579041B (zh) * | 2012-02-09 | 2014-04-30 | 上海交通大学 | 能克服头发障碍的阵列式柔性脑电干电极及其制备方法 |
| CN103767704B (zh) * | 2014-01-20 | 2015-08-26 | 上海交通大学 | 一种用于脑电测量的准干电极及其制备方法 |
| US9398864B2 (en) * | 2014-03-12 | 2016-07-26 | The Nielsen Company (Us), Llc | Methods and apparatus to gather and analyze electroencephalographic data |
| CN104367319A (zh) * | 2014-11-05 | 2015-02-25 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 用于进行慢性记录的电极装置 |
| FR3039979B1 (fr) * | 2015-08-11 | 2017-09-01 | Bioserenity | Procede de mesure d'un parametre electrophysiologique au moyen d'un capteur electrode capacitive de capacite controlee |
| CN105193411A (zh) * | 2015-09-29 | 2015-12-30 | 深圳大学 | 一种脑电电极传感器 |
| CN105615880B (zh) * | 2015-11-27 | 2019-12-03 | 电子科技大学 | 抑制运动伪迹石墨烯柔性脑电容性电极 |
| CN107157478B (zh) * | 2017-06-01 | 2020-10-23 | 电子科技大学 | 一种基于容性电极的多通道皮层脑电采集系统 |
| CN111436932B (zh) * | 2020-04-03 | 2024-09-17 | 南昌大学 | 一种液态金属脑电电极 |
| CN115299961A (zh) * | 2022-08-11 | 2022-11-08 | 江苏爱朋医疗科技股份有限公司 | 脑电信号采集装置 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2382363Y (zh) * | 1999-08-26 | 2000-06-14 | 复旦大学 | 心脑电位标测电极 |
| CN1829474A (zh) * | 2003-10-03 | 2006-09-06 | 阿普丽佳育儿研究会阿普丽佳葛西株式会社 | 生物测量传感器及生物测量方法 |
| CN101322645A (zh) * | 2007-06-13 | 2008-12-17 | 中国科学院半导体研究所 | 一种制作皮肤干电极的方法 |
| CN101973508A (zh) * | 2010-09-17 | 2011-02-16 | 上海交通大学 | 基于柔性衬底mems技术的脑电图干电极阵列及其制备方法 |
| CN201814574U (zh) * | 2010-09-15 | 2011-05-04 | 海思康利(北京)新技术有限公司 | 带有放大器的心电干电极 |
| CN102068252A (zh) * | 2009-11-23 | 2011-05-25 | 郑州大学 | 一种用于生物信息采样的微阵列电极 |
-
2011
- 2011-07-29 CN CN 201110215378 patent/CN102319068B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2382363Y (zh) * | 1999-08-26 | 2000-06-14 | 复旦大学 | 心脑电位标测电极 |
| CN1829474A (zh) * | 2003-10-03 | 2006-09-06 | 阿普丽佳育儿研究会阿普丽佳葛西株式会社 | 生物测量传感器及生物测量方法 |
| CN101322645A (zh) * | 2007-06-13 | 2008-12-17 | 中国科学院半导体研究所 | 一种制作皮肤干电极的方法 |
| CN102068252A (zh) * | 2009-11-23 | 2011-05-25 | 郑州大学 | 一种用于生物信息采样的微阵列电极 |
| CN201814574U (zh) * | 2010-09-15 | 2011-05-04 | 海思康利(北京)新技术有限公司 | 带有放大器的心电干电极 |
| CN101973508A (zh) * | 2010-09-17 | 2011-02-16 | 上海交通大学 | 基于柔性衬底mems技术的脑电图干电极阵列及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102319068A (zh) | 2012-01-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102319068B (zh) | 基于电容耦合原理脑电干电极 | |
| CN105748065B (zh) | 一种保湿微针矩阵阵列表面生物电电极 | |
| CN102579041B (zh) | 能克服头发障碍的阵列式柔性脑电干电极及其制备方法 | |
| CN103271736A (zh) | 柔性电容心电干电极及其加工方法 | |
| CN103202690B (zh) | 柔性心外膜心电电极芯片 | |
| CN106943258A (zh) | 一种多功能无线智能床垫及其人体生理信号测量方法 | |
| CN105769182A (zh) | 脑电信号无线采集系统 | |
| WO2012140522A3 (en) | Textile electrode device for acquisition of electrophysiological signals from the skin and manufacturing process thereof | |
| CN102334989B (zh) | 刺入深度可控的异平面微针阵列脑电干电极 | |
| WO2002089038A3 (en) | Capacitive sensor system with improved capacitance measuring sensitivity | |
| WO2017206710A1 (zh) | 全电磁屏蔽自导引自展开头皮微电极 | |
| CN104224170A (zh) | 一种阵列式柔性表面肌电电极及制备方法 | |
| CN103393419B (zh) | 一种具有表面微结构阵列的生物医用电极及其制造方法 | |
| WO2002013676A3 (en) | Ceramic single-plate capacitor eeg electrode | |
| CN108209901A (zh) | 一种检测生理电信号的柔性Laplacian电极 | |
| TWI568412B (zh) | 生醫感測電極及其製造方法 | |
| CN108309291A (zh) | 一种柔性接触脑电电极及其制备方法 | |
| CN201814574U (zh) | 带有放大器的心电干电极 | |
| CN113749661A (zh) | 一种用于人体生物电信号采集的电容耦合pcb电极结构 | |
| EP2696266A3 (en) | Electronic circuit and position indicator | |
| CN102961128A (zh) | 一种医用体表电极 | |
| CN213758280U (zh) | 一种外耳道脑电信号采集和音乐播放的装置 | |
| CN204158383U (zh) | 一种利用半透膜采集生物电信号的电极 | |
| CN213129502U (zh) | 一种液态金属脑电电极 | |
| CN207798884U (zh) | 一种新型电容器检测夹具 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130828 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |