CN102894968A - 一种适于人体电信号测量应用的充气式电极系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适于人体电信号测量应用的充气式电极系统，主要由气体压力控制系统、柔性支撑带、一次性自粘电极、弹性气囊、导气管与电极导线等共同构成。可通过气体压力控制系统对弹性气囊的伸缩控制，在粘贴前避免电极上的自粘凝胶与皮肤提前接触，粘贴后使各电极均能与皮肤良好接触，保证电极粘贴的快速、准确、有效性。适于具有较多电极、需要长时间监测的人体电信号测量系统应用需求。

Description

一种适于人体电信号测量应用的充气式电极系统

技术领域

本发明涉及一种生物电信号测量装置，特别是一种用于人体电信号采集的电极系统，该系统通过将测量所需的电极与特制的充气气囊相连，并通过自动式充气控制单元控制气囊充气状态，使系统中的电极与人体紧密相连，满足人体电信号测量要求。

背景技术

在金属导体中，电流是通过自由电子的定向移动形成的，而在生物体中，电流则是由体液或组织中的正离子和负离子的定向移动产生的。在生物电信号测量中，电极在拾取人体电信号的同时，将人体中的离子电流转换成电子电路中的电子电流。其转换效率的高低直接决定了信号采集的准确性，因而是生物电信号采集中致关重要的关键性部件。

电极的电信号转换效率不仅与电极的材质相关，还与电极与皮肤的接触效果高度相关，接触不良时不仅会产生较高的接触阻抗，降低转换效率，还会引起较大的接触噪声，严重干扰信号质量，甚至会导致信号完全中断。

在生物医学领域，常规的电极一般通过逐次粘贴、及时调整等方式，将电极粘贴在人体体表对应位置处并保证电极与皮肤良好接触。这种方法一般能够满足于如常规心电图、脑电图等电极应用不多、电极定位准确性要求不高的场合。然而，随着医学科技的发展，应用更多的电极、在更长时间内记录观察人体准确部位的电信号的需求越来越广泛。例如：在事件相关脑电信号测量与分析中，需要记录人头部多达200余处的电信号活动信息；在癫痫病灶源定位或特征分析时，需要病人长时间配戴多达20个以上的电极的脑电记录系统，以捕捉癫痫病灶活动情况；基于电阻抗断层成像技术的动态图像监护技术需要在尽可能短的时间内将16个以上的等间距分布电极快速粘贴于患者体表，并在最长可达10余天的连续图像监护过程中保持电极与皮肤的良好接触，同时保证电极位置固定不变。在这些应用中，如何实现电极与皮肤间快速、准确、稳定的连接已成为相关领域的难点问题之一。

针对以上问题，在脑电事件相关电位测量与分析应用中，一般采用将电极固定在有一定弹性的电极帽上，并通过电极帽将电极紧密的压在头皮上以解决电极快速粘贴与准确定位的问题。但这种方法的不足在于：由于人头颅外形的不规则性，在头皮曲率大的地方电极与皮肤压力高，长时间测量时会产生较大痛苦甚至致局部缺血坏死；曲率相对较小的地方压力不足，导致电极接触不良；而在一些凹陷处，电极与皮肤有可能完全接触不上。

在癫痫病灶源定位及电阻抗断层成像应用中，目前常见的方法仍以将电极直接粘贴在皮肤表面为主。这种方法不仅存在速度慢、电极定位精度差、电极易随皮肤而移动等问题，长时间监护时，还会因出汗、体动等原因导致电极脱落或接触不良，影响监护效果。在新的电阻抗断层成像系统中，也有人采用将电极按等间隔的方式固定在弹性绷带上，使用时直接将电极带围在目标区域周围，实现电极的快速贴放。与脑电极帽相似，这种电极带虽然能够在一定程度上提高电极安放的效率和电极的定位精度，但无法保证电极粘贴效果的均一性和舒适性。

因而发明一种能够快速、准确、有效地将多个电极贴放于患者目标区域，并使之长时间、稳定地保持在粘贴区域在相关研究与应用领域中有着重要的应用价值。

发明内容

针对现有多电极人体电信号测量与分析系统对电极系统的特殊需求，本发明的目的在于，提供一种新的基于充气气囊结构的带状电极系统，以在相关应用中能够快速、准确地实现电极的粘贴与固定，并在长时间动态监护过程中保证电极与人体接触的良好、一致性。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案予以实现：

一种适于人体电信号测量应用的充气式电极系统，其特征在于，主要部件包括：

一系列一次性自粘电极，用于采集人体电信号信息；

一系列弹性气囊，用于固定上述一次性自粘电极，并将其压在被测量目标周围；

一个柔性支撑带，一方面用于准确固定各弹性气囊，并通过带内的导气管使各弹性气囊内部相通，另一方面用于固定电极导线及相关前置电路；

一个气体压力控制系统，该气体压力控制系统内部设置有：

一个微型气泵，用于将气体泵入各气囊里；

一个排气阀，用于排出多余气体；

一个气压检测传感器，用于实时监测系统的气体压强；

一个压力控制单元，用以读取系统的气体压强，并通过微型气泵或排气阀对压力进行调整；

各电极均通过弹性气囊固定在柔性支撑带上，各弹性气囊通过支撑带中的导管内部相通，通过调整气体压力控制系统与维持各弹性气囊内的压力实现各一次性自粘电极与皮肤一致、可靠接触。

所述的弹性气囊内置弹性元件，使气囊在无外界压力时，呈收缩状态，其顶端带动自粘电极向弹性气囊内凹陷，从而将自粘电极收纳其间，避免自粘电极中的凝胶提前与皮肤接触；充气后，弹性气囊鼓起推动自粘电极向外运动，使之与皮肤良好接触，并使自粘电极周围的自粘性凝胶与皮肤相粘接。以保证粘贴效果。

所述的柔性支撑带可以呈环状或帽状，以适于头部或肢体使用，也可以呈带状，两端通过尼龙扣搭接用于胸腹使用。

所述的柔性支撑带中可以只固定一层自粘电极，也可以固定多层自粘电极以适应于不同应用需求。

本发明的适于人体电信号测量应用的充气式电极系统，带来的技术效果在于：

1）采用柔性支撑带与充气气囊相结合的方式固定电极，大大提高了实际操作中电极粘贴速度和效率，并保证了电极定位的准确性及电极与皮肤接触的可靠性；

2）可以适应人体不同部位的成像需求，克服传统带式电极系统在人体凹陷部位电极接触不良而突起部位压力过高的不足，保证接触效果，并保证患者检测的舒适性；

3）可以自动调整气囊压力，从而使各电极与皮肤间的压力保持均匀一致，保证了长时间图像监护过程中电极的接触效果；

4）可以通过控制进入气囊内的气体量的多少，改变气囊凸起的程度，从而适应不同体型的被测者的成像应用需求；

5）采用独特的内陷式充气气囊结构，使得气囊充气前，电极扣凹陷在气囊内部，从而避免了自粘电极提前与皮肤接触，保证了电极粘贴位置的准确性。

附图说明

图1是本发明的适于人体电信号测量应用的充气式电极系统气路结构图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是本发明的电极带展开图，其中，图（A）是正视图，图（B）是俯视图；

图4是发明中的气囊结构示意图，其中，图（A）是充气状态，图（B）是放气状态。

图5是发明中的自粘电极结构示意图，其中，图（A）是正视图，图（B）是侧视图。

以下结合附图以及发明人提供的原理和实施例对本发明做进一步详细说明。

具体实施方式

1、系统结构及其工作原理

如图1所示，本实施例给出一种新的基于充气气囊结构的带状电极系统，主要部件包括：

一系列一次性自粘电极，用于采集人体电信号信息；

一系列弹性气囊，用于固定上述一次性自粘电极，并将其压在被测量目标周围；

一个柔性支撑带，一方面用于准确固定各弹性气囊，并通过带内的导气管使各弹性气囊内部相通，另一方面用于固定电极导线及相关前置电路；

一个气体压力控制系统，该气体压力控制系统内部设置有：

一个微型气泵，用于将气体泵入各气囊里；

一个排气阀，用于排出多余气体；

一个气压检测传感器，用于实时监测系统的气体压强；

一个压力控制单元，用以读取系统的气体压强，并通过微型气泵或排气阀对压力进行调整；

各电极均通过弹性气囊固定在柔性支撑带上，各弹性气囊通过支撑带中的导管内部相通，通过调整气体压力控制系统与维持各弹性气囊内的压力实现各一次性自粘电极与皮肤一致、可靠接触。

使用前，通过气囊顶端的电极扣将一次性自粘电极依次固定，揭掉自粘电极表面的保护层。随后系统自动开启控制系统中的排气阀，放尽弹性气囊中的气体，使弹性气囊收缩，并使一次性自粘电极陷于弹性气囊内部。然后将柔性支撑带放置于人体待测部位的四周，调整好位置。此时，气体压力控制系统关闭排气阀，打开微型气泵，开始向弹性气囊充气。在气体压力作用下，伸缩式弹性气囊逐渐伸张，并使一次性自粘电极突出，使之与人体接触、压紧。这一过程中，气体压力控制系统通过气体压力传感器监测系统的气体压强。当压强达到设定阈值时，关闭气泵；当压力超过预设阈值时，则通过排气阀释放多余气体。

在监护过程中，气体压力控制系统会实时监测系统的压力变化，并适时调整。

根据密闭容器内气体压力分布规律可知：在忽略伸缩气囊内缩拉力的条件下，由于本电极系统中各伸缩气囊通过柔性支撑带内部的气管相通，因而在充气状态下，做用在各电极与皮肤间的压力大小相等，从而保证了各电极的粘贴效果。这种方式还可保证在长时间图像监护过程中，即便患者体位发生变化，各电极的与皮肤间的压力保持均等、稳定。

2、柔性支撑带

如图2或图3所示，本实施例的柔性支撑带采用质地轻柔但不易拉伸的材料制作。由内支撑层和外支撑层两层柔性支撑材料构成。两支撑层间的腔隙自然构成气体导管。内支撑层预留有与气囊连接的导气孔，以方便伸缩气囊的安装。同时所有的电极引线呈平行状固定在支撑带腔隙内，并通过电极与充气接口与成像系统相连。

柔性支撑带可分别制成如图2所示的环形或如图3所示的条带形以适应人体不同部位的应用需求。当制成条带形时，其一次性自粘电极与充气接口置于带的中央，并在带的两端固定尼龙扣，以便于搭接。需要时也可制成带状多层电极或帽状多层电极。

3、弹性伸缩气囊

本实施例的弹性伸缩气囊如图4所示，由气囊、电极扣、弹性元件、电极导线等部分构成。气囊的四周呈波纹状，在气体压力作用下可以沿轴向拉伸；无压力时，则在弹性元件作用下回缩。气囊的顶端采用弹性材料制成，上面嵌入电极扣及电极导线。使用时，在气体压力作用下，气囊的顶端向外突起，使电极与皮肤密切接触，如图4（A）所示；而无气体压力时，则被弹性元件拉回，收缩于气囊内部，避免粘贴前电极自粘胶与皮肤过早接触，如图4（B）所示。气囊底部开孔与支撑带上的气孔相连，与电极导线也通过该孔引出，连接到支撑带内的引线中。

本实施例中的弹性元件对气囊顶端施加一个弱的拉力，使顶端在无气体压力作用下自动向气囊内凹陷，在电极粘贴前起保护电极作用。

4、一次性自粘电极

本实施例所选用的一次性自粘电极，可以根据实际需求制作或购置，其结构如图5所示，由支撑基底、电极和自粘凝胶组成。其中，支撑基底采用无纺布或相近的柔性材料制作，将一次性自粘电极嵌于支撑基底中间，周围涂抹自粘凝胶用以与皮肤粘接。一次性自粘电极的背面制成与气囊顶端的电极扣相匹配的扣状。

以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种适于人体电信号测量应用的充气式电极系统，其特征在于，主要部件包括：

一系列一次性自粘电极，用于采集人体电信号信息；

一系列弹性气囊，用于固定上述一次性自粘电极，并将其压在被测量目标周围；

一个柔性支撑带，一方面用于准确固定各弹性气囊，并通过带内的导气管使各弹性气囊内部相通，另一方面用于固定电极导线及相关前置电路；

一个气体压力控制系统，该气体压力控制系统内部设置有：

一个微型气泵，用于将气体泵入各气囊里；

一个排气阀，用于排出多余气体；

一个气压检测传感器，用于实时监测系统的气体压强；

一个压力控制单元，用以读取系统的气体压强，并通过微型气泵或排气阀对压力进行调整；

各电极均通过弹性气囊固定在柔性支撑带上，各弹性气囊通过支撑带中的导管内部相通，通过调整气体压力控制系统与维持各弹性气囊内的压力实现各一次性自粘电极与皮肤一致、可靠接触。

2.如权利要求1所述的适于人体电信号测量应用的充气式电极系统，其特征在于，所述的弹性气囊内置弹性元件，使气囊在无外界压力时，呈收缩状态，其顶端带动自粘电极向弹性气囊内凹陷，从而将自粘电极收纳其间，避免自粘电极中的凝胶提前与皮肤接触；充气后，弹性气囊鼓起推动自粘电极向外运动，使之与皮肤良好接触，并使自粘电极周围的自粘性凝胶与皮肤相粘接。

3.如权利要求1所述的适于人体电信号测量应用的充气式电极系统，其特征在于，所述的柔性支撑带呈环状或帽状，以适于头部或肢体使用，或者呈带状，两端通过尼龙扣搭接用于胸腹使用。

4.如权利要求1所述的适于人体电信号测量应用的充气式电极系统，其特征在于，所述的柔性支撑带中固定一层自粘电极，或者固定多层自粘电极。

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