CN103654772A - 生物信号测量电极以及生物信号测量仪器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了生物信号测量电极以及生物信号测量仪器。该生物信号测量电极包括：液体保持件、电板和覆盖构件。该液体保持件被构造为可弹性变形，并浸渍有导电液，该液体保持件包括被构造为与生物体表面接触的接触表面。该电板被构造为与导电液接触。该覆盖构件被构造为可弹性变形，并覆盖除接触表面外的液体保持件。

Description

生物信号测量电极以及生物信号测量仪器

技术领域

本发明涉及利用生物信号测量的生物信号测量电极和生物信号测量仪器。

背景技术

用于测量生物信号的生物信号测量电极（可以从生物体测量的各种信号，如脑电图和肌电图）与生物体表面接触，并电连接到生物体表面，从而获得生物信号。这样的生物信号测量电极一般是通过导电液与生物体表面接触，以确保与生物体表面的电连接。

例如，日本专利申请特开2008-302089号（以下称为专利文献1）公开了一种脑电波测量用电极。这种脑电波测量用电极包括浸渍有电解质溶液的毡片，并且被构造为当毡片接触测量对象的头部时，通过电解质溶液获取脑电波。

发明内容

然而，当测量时间很长时，例如当在睡眠期间连续测量测试对象的脑电波时，在专利文献1中公开的脑电波测量用电极或现有的具有类似构造的电极，会担心导电液蒸发并且变得难以保持与生物体表面的电接触。另外，由于与生物体表面电极的长时间的接触，往往会在生物体表面产生疼痛。此外，特别是对于在睡眠期间进行脑电波测量，即使在测量对象躺着时也可使用电极是必要的。

鉴于上述情况，期望提供适合用于长时间测量的生物信号测量电极和生物信号测量仪器。

根据本发明的实施例，提供了一种生物信号测量电极，包括液体保持件、电板和覆盖构件。

液体保持件被构造成可弹性变形，浸渍有导电液体，液体保持件包括被配置为与生物体表面接触的接触表面。

电板被构造为与导电液接触。

覆盖构件被构造为可弹性变形，覆盖在除接触表面外的液体保持件上。

通过这样的构造，液体保持件浸渍有导电液体，并且覆盖液体保持件的覆盖构件一起弹性变形。因此，即使生物信号测量电极被按压在生物体表面，也可减轻生物体表面的疼痛。另外，即使在生物信号测量电极导致相对于生物体表面的振动，所述液体保持件和覆盖构件跟随生物体表面，并且能够连续采集生物信号。此外，覆盖构件覆盖液体保持件。因此，抑制液体保持件浸渍的导电液蒸发，并且可适应长时间测量生物信号。

覆盖构件可由不透过导电液的材料形成。

利用这种构造，可以防止导电液通过覆盖构件泄（包括导电液的蒸发）漏出覆盖构件。除了通过由覆盖构件覆盖的方式获得抑制蒸发的效果，能够进一步有效地抑制导电液体的蒸发。

生物信号测量电极可进一步包括被配置为连接到电板的导电部件。覆盖构件可以防止导电液接触导电部件。

电板可以由即使该电板与导电液接触也只展现小的电势变化的材料（例如，银-氯化银）组成。由此，可防止在生物信号中引起电势改变噪声。同时，当导电液体与电板以外的导电部件接触时，会担心引起电势改变噪音。在上述结构中，覆盖构件可以防止导电液接触导电部件。也就是说，可防止在生物信号内引起电势改变噪声。

覆盖构件可与电板紧密接触，通过其弹性力从而密封导电液。

通过这样的结构，可以在电板和覆盖构件之间密封导电液体的，并可防止电板以外的导电部件与导电液体接触。

覆盖构件可具有以与接触表面相垂直的方向为伸缩方向的波纹管形状。

通过这样的结构，波纹管形状可使覆盖构件的弹性变形更容易。

根据本发明的又一实施方式，提供了一种生物信号测量仪器，包括生物信号测量电极及装置。

生物信号测量电极包括：液体保持件，被构造为可弹性变形并保持导电液，该液体保持件包括被构造为接触生物体表面的接触表面；电板，被构造为与导电液接触，覆盖构件被构造为可弹性变形，并覆盖除接触表面外的液体保持件。

该装置被构造为支撑生物信号测量电极，使生物信号测量电极紧靠生物体表面。

通过这样的结构，即使装置被按压在生物体表面或导致相对于生物体表面的振动，如上所述，可以通过生物信号测量电极有效地测量生物信号。

装置可被构造为使生物信号测量电极紧靠测试对象的头部，并且生物信号测量电极可以被构造为获取测试对象的脑电波。

如上所述，在生物体表面不产生疼痛的情况下，防止生物信号测量电极的振动使生物信号测量电极可以连续测量生物信号，并抑制导电液的蒸发。因此，可以利用该生物信号测量电极测量各种生物信号。特别是，该生物信号测量电极更适合被用作脑电图电极。

如上所述，根据本发明的实施方式，可提供适合用于长时间测量的生物信号测量电极和生物信号测量仪器。

根据以下最佳模式实施例的详细描述，以及附图中的插图，本发明的部件、特征和优点将变得更加明显。

附图说明

图1是根据本申请实施方式的生物信号测量仪器的透视图；

图2是生物信号测量仪器的外观图；

图3是生物信号测量仪器的外观图；

图4是根据本申请实施方式的生物信号测量电极的剖视图；

图5是生物信号测量电极的分解透视图；

图6是生物信号测量电极的分解透视图；

图7是生物信号测量电极的覆盖构件的剖视图；

图8A和图8B是均示出生物信号测量电极的操作的示意图；

图9是示出生物信号测量电极改进示例的示意图。

具体实施方式

将对根据本发明实施方式的生物信号测量仪器进行说明。需要注意的是，假定根据本实施方式的生物信号测量仪器是脑测量仪器，其安装在测试对象的头部来获得脑电波。然而，根据本发明的生物信号测量仪器并不限于脑电波测量仪器。本发明可应用于从生物体表面获取生物信号的任何测量仪器。

[生物信号测量仪器的构造]

图1是根据本实施方式的生物信号测量仪器100的透视图。图2和图3是测试对象（在图中，测试对象U）佩戴的生物信号测量仪器100的外观视图。图2是从左侧观察的测试对象U的视图。图3是从后面观察的测试对象U的视图。

如图中所示，生物信号测量仪器100包括装置101，电极102a至102h，和信号处理单元103。电极102a至102h和信号处理单元103连接到装置101。

装置101使生物信号测量仪器100与测试对象U的头接触。虽然装置101可以任意构造，但优选地，形成与测试对象U的头部形状相符合的形状，并且能够用适当的压力使电极102a至102h压靠在头部。

电极102a至102h是获取脑电波的电极，它紧靠测试对象U的头部来获取测试对象U的脑电波。电极102a至102h可以分别是右眼电图（EOG）电极102a，左EOG电极102b，Cz测量电极102c，Pz测量电极102d，P4测量电极102e，P3测量电极102f，右基准电极102g，左基准电极102h。这种排列方式（命名）符合国际10-20系统。然而，在根据本实施方式的生物信号测量仪器100中，该电极排列并不是必须采用的，可以根据需要采用不同的电极排列。

电极102a至102h可以具有将在后面描述的根据本发明的电极结构。另外，根据本发明电极102a至102h不需要全部具有特定的电极结构。

右EOG电极102a和左EOG电极102b是紧靠测试对象U的鬓角并测量EOG的电极。右眼电图电极102a和左眼电图电极102b可被设置到从装置101延伸到测试对象U的左右鬓角的臂104。

Cz测量电极102c是设置在装置101相应于头顶骨区域的位置，并紧靠在测试对象U的头顶骨区域的电极。Pz测量电极102d是设置在装置101相应于枕骨区域上部的位置，并紧靠在测试对象U的枕骨上部的电极。

P4测量电极102e是设置在装置101相应于右侧头部上方区域的位置，并紧靠测试对象U的右侧头部上方区域的电极。P3检测电极102f是设置在装置101相应于左侧头部上方区域的位置，并紧靠测试对象U的左侧头部上方区域的电极。

Cz测量电极102c，Pz测量电极102d，P4测量电极102e以及P3测量电极102f在其接触位置获取电势（脑电波）。请注意，这些电极102c至102f的数量和排列是任意的，并且可以根据脑电波测量的需要来设置这些检测电极。

右基准电极102g是设置在装置101相应于右乳突区域的位置，并紧靠测试对象U的右乳突区域（位于右颞骨下后部的锥形突起部）的电极。左基准电极102h是设置在装置101相应于左乳突区域的位置，并紧靠测试对象U的左乳突区域（位于左颞骨下后部的锥形突起部）的电极。右基准电极102g和左基准电极102h获取电极102a到102f的参考电势。

上述电极102a至102h中的每一个都可通过配线电连接到信号处理单元103（未示出）。

如上所述，信号处理单元103连接到各电极102a至102h，处理各电极102a至102h的输出，在每个测量位置生成测试对象U的脑电波，并输出所产生的脑电波到外部装置（个人计算机PC或类似装置）。信号处理单元103可以包括内置的信号处理电路、无线通信电路、处理单元等（未示出）。在信号处理单元103中脑电波的产生可以通过已知的信号处理方法来完成。

[生物信号测量电极的构造]

如上所述，生物信号测量仪器100中电极102a至102h的部分或全部可以具有在下面将要描述的电极结构。在下面的描述中，可用作电极102a至102h的电极称为生物信号检测量电极200。

图4是生物信号测量电极200的剖视图。图5和图6是生物信号测量电极200的分解透视图。如图中所示，生物信号测量电极200包括液体保持件201、覆盖构件202、电板203，配线204、导电构件205、第一绝缘构件206和第二绝缘构件207。

液体保持件201被构造为可弹性变形，并浸渍有导电液体。液体保持件201可以由能够保持液体并能弹性变形的材料形成，如海绵。此外，液体保持件201也可以由含有电解质的凝胶状物质形成。液体保持件201的形状可以是圆柱形。然而，液体保持件201的形状并不限于此，也可以能是例如六面体棱柱形状、半圆形状等的各种形状。或者，可能提供多个液体保持件201。

如该图4所示，液体保持件201的表面外，从覆盖构件202暴露，并接触生物体表面的表面被称为接触表面201a。注意接触表面201a不需要是平板。液体保持件201浸渍的导电液没有特别的限制，可以是溶解了诸如盐的电解质的电解质溶液、离子液等。

液体保持件201浸渍的导电液与电板203接触，并被传导到电板203。如图4所示，液体保持件201可直接与电板203接触。在这种情况下，当液体保持件201被按下时，导电液从液体保持件201流出，并被传导到电板203。此外，如图9所示，液体保持件201也可与电板203直接接触。

覆盖构件202覆盖液体保持件201除接触表面201a以外的部分。图7是覆盖构件202的示意剖视图，如图中所示，覆盖构件202可包括覆盖部202a、密封部202b和卡合部202c。

覆盖部202a是覆盖液体保持件201的部分，并被构造为可弹性变形。覆盖部202a具有管状形状，该管状形状具有开口部202d以便暴露接触表面201a。具体而言，覆盖部202a可形成具有以与接触表面201a相垂直的方向为伸缩方向（在后面描述）的波纹管形状。此外，覆盖部202a并不限定于波纹管形状，也可以是圆筒形或锥形筒状。

如图4所示，覆盖部202a具有可以覆盖液体保持件201的大部分的长度。优选地，开口部202d的尺寸尽可能地小，只要覆盖部202a不接触液体保持件201即可。这是为了有效地防止液体保持件201内包含的导电液蒸发。注意覆盖部202a可具有比液体保持件201的长度大的长度。

密封部202b防止液体保持件201浸渍的导电液接触到导电构件205。具体而言，如图4所示，密封部202b紧靠电板203并能密封密封部202b与电板203之间的导电液，这是通过弹力使其与电板203紧密接触来实现的。更具体地，密封部202b具有夹在第二绝缘构件207和电板203之间的环形结构，并被构造为通过对第二绝缘构件207和电板203的弹力与电板203紧密接触。

卡合部202c与第二绝缘构件207接合，从而支持相对于第二绝缘构件207或类似构件的覆盖构件202。卡合部202c的结构没有特别的限制，卡合部202c可具有任何结构，只要卡合部202c能够支持覆盖构件202即可。

覆盖构件202的材料是可变形的、且不透过导电液体（包括蒸气）的材料，具体而言，可以使用硅橡胶或丁腈橡胶。可选地，覆盖构件202的材料可根据导电液的性质（例如，亲水性或亲脂性）适当地选取，对覆盖构件202来说柔软性等也是所必需的。

电板203与包含在液体保持件201中的导电液接触，并与导电液电导通。电板203可由即使电板203与导电液接触也只表现出小的电势变化的材料（难以进行氧化还原反应）形成，例如，银-氯化银（Ag-Ag/Cl）或碳。电板203通过连接到电板203的配线204与导电部件205电连接。

有了这样的构造，只有电板203可以与导电液接触，以便使导电构件205与导电液电连接。当导电液与除了电板203外的导电材料（导电构件205等）接触时，就会在所获取的生物信号中发生电势改变并引起电势改变噪声。因此，避免了导电液与除了电板203外的导电材料的接触。如上所述，在本实施方式中，密封部202b密封导电液，而阻止这样的接触。

配线204被连接到电板203，以便使导电构件205与电板203电连接。如图5和图6所示，配线204可以由任意导电材料形成。配线204被插入形成在所述第一绝缘构件206中的通孔206a，并被插入形成在导电构件205中的通孔205a。使用这种方式，配线204被连接到导电构件205。

导电构件205电连接到电板203及外部（设置到装置101的末端等）。另外，导电构件205也可被用作将生物信号测量电极200固定到装置101（参见图1）的附件。在导电部件205中，形成插入配线204的通孔205a。第一绝缘构件206防止导电构件205与电板203直接接触。导电构件205通过插入通孔205a的配线204电连接到电板203。导电构件205可由任意导电性材料形成，其形状没有特别的限制。例如，不设置通孔205a，配线204也可以连接到导电构件205。

第一绝缘构件206防止电板203和导电构件205直接接触，第一绝缘构件206可以由任意绝缘材料形成，例如，各种合成树脂。在第一绝缘构件206中，可形成插入配线204的通孔206a。此外，如图4所示，第一绝缘构件206经由电板203被装配到所述第二绝缘构件207中。通过对密封部202b按压电板203，第一绝缘构件206可导致密封部202b产生用于密封的弹力。

第二绝缘构件207支撑第一绝缘构件206和覆盖构件202。第二绝缘构件207可以由任意绝缘材料形成，例如，各种合成树脂。如上所述，卡合部202c可与上面描述的第二绝缘件207的外周卡合。另外，第二绝缘构件207可以中间夹入电板203连同密封部202b。

生物信号测量电极200具有上述结构。

[生物信号测量电极的操作]

图8A和图8B是生物信号测量电极200的操作示意图，在图8A和8B中，生物体表面被示为生物体表面H，生物体表面H是测试对象U的头部表面。注意虽然图8A和图8B中未示出，但假定生物信号测量电极200连接到装置101。

图8A示出了生物信号测量电极200被小的压力压在生物体表面H上的状态。在这种状态下，液体保持件201有些轻微变形。通过液体保持件201浸渍的导电液，生物体表面H和导电构件205彼此电连接。在这种方式下，采集生物信号。

从图8A中所示的状态，当使用大的压力将生物信号测量电极200按压在生物体表面H，液体保持件201和覆盖构件202（的覆盖部202a）都被压在生物体表面。因此，如图8B所示，液体保持件201和覆盖构件202弹性变形。覆盖部202a以与接触表面201a垂直的方向（图8B中的箭头所示）为伸缩方向。即使生物信号测量电极200相对于生物体表面H倾斜时，液体保持件201和覆盖部202a也会随着生物体表面H产生弹性变形。

液体保持件201和覆盖部202a以这种方式弹性变形。因此，即使生物信号测量电极200被按压在生物体表面H，按压力会被吸收，生物体表面H不会产生疼痛。另外，即使装置101造成相对于生物体表面H的振动（在垂直于生物体表面H的方向上的振动和在平行于生物体表面H的方向上的振动），接触表面201a维持相对于生物体表面H的接触位置，因此，可连续获得生物信号。

此外，在生物信号测量电极200被按压在生物体表面H时，覆盖部202a始终保持与生物体表面H接触。由此，覆盖部202a密封与生物体表面H一起包围液体保持件201的空间。因此，可防止液体保持件201浸渍的导电液蒸发。当覆盖构件202由不透过导电液的材料构成时，导电液的防止蒸发效果会更加有效。

如上所述，即使在生物信号测量电极200相对于生物体表面振动的情况下，根据本实施方式的生物信号测量电极200和包括生物信号测量电极200的生物信号测量仪器100也可以连续获取生物信号而不由于生物信号测量电极200被压在生物体表面而产生疼痛。此外，它能够防止导电液体的蒸发。因此，生物信号测量电极200和包括生物信号测量电极200的生物信号测量仪器100对生物信号测量是有效的，尤其是对长时间的生物信号测量有效。

如果在睡眠过程中利用生物信号测量电极200和包括生物信号测量电极200的生物信号测量仪器100进行脑电波测量，可防止由于干扰测试对象的睡眠的电极接触的疼痛或由于睡眠期间人体的移动导致的电极接触不良。另外，可抑制长时间的测量导致的导电液蒸发。另外，在脑电波测量时，生物信号测量电极200可以放置在测试对象的枕骨区域（例如，图1中Pz测量电极102d）上。在这里，即使测试对象躺着，并且由于枕头等压力被加在放置在后部区域的生物信号测量电极200上，也可以防止由于电极产生的疼痛。

本发明不仅限于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的情况下，可能会有所改变。

应当指出的是，本发明也可能采取以下构造。

（1）一种生物信号测量电极，包括：

液体保持件，被构造为可弹性变形，并浸渍有导电液体，所述液体保持件包括被构造为与生物体表面接触的接触表面；

电板，被构造为与导电液接触；以及

覆盖构件，被构造为可弹性变形，并覆盖除接触表面外的液体保持件。

（2）根据第（1）项所述的生物信号测量电极，其中

覆盖构件由不透过导电液的材料形成。

（3）根据第（1）或（2）项所述的生物信号测量电极，还包括

导电构件，被构造为连接到电板，其中覆盖构件防止导电液与导电部件接触。

（4）根据第（1）到（3）项中任一项的生物信号测量电极，其中

覆盖构件与电板紧密接触，从而通过覆盖构件的弹力密封导电液体。

（5）根据第（1）到（4）项中任一项的生物信号测量电极，其中

覆盖构件具有以与接触表面相垂直的方向为伸缩方向的波纹管形状。

（6）一种生物信号测量仪器，包括：

生物信号测量电极，包括：

液体保持件，被构造为可弹性变形，并保持导电液，所述液体保持件包括被构造为与生物体表面接触的接触表面，

电板，被构造为与导电液接触；以及

覆盖构件，被构造为可弹性变形，并覆盖在除接触表面外的液体保持件上；以及

被构造为支撑生物信号测量电极的装置，该装置使生物信号测量电极紧靠在生物体表面。

（7）根据第（6）项所述的生物信号测量仪器，其中，

装置被构造为使生物信号测量电极紧靠测试对象的头部，并且生物信号测量电极被构造为获取测试对象的脑电波。

本发明包含2012年9月14日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2012-203118号中所公开的有关主题，其全部内容引用于此作为参考。

本领域技术人员应当理解，在本领域中，根据设计要求和其它因素可能会出现各种修改、组合、子组合和变更，但它们都处于所附权利要求或其等价的范围内。

Claims (8)

1.一种生物信号测量电极，包括：

液体保持件，被构造为可弹性变形，并浸渍有导电液，所述液体保持件包括被构造为与生物体表面接触的接触表面；

电板，被构造为与所述导电液接触；以及

覆盖构件，被构造为可弹性变形，并覆盖除所述接触表面外的所述液体保持件。

2.根据权利要求1所述的生物信号测量电极，其中，

所述覆盖构件是由不透过所述导电液的材料形成。

3.根据权利要求1所述的生物信号测量电极，还包括：

导电构件，被构造为连接到所述电板，其中，

所述覆盖构件防止所述导电液与所述导电构件接触。

4.根据权利要求3所述的生物信号测量电极，其中，

所述覆盖构件与所述电板紧密接触，从而通过所述覆盖构件的弹力密封所述导电液。

5.根据权利要求1所述的生物信号测量电极，其中，

所述覆盖构件具有以与所述接触表面相垂直的方向为伸缩方向的波纹管形状。

6.根据权利要求1所述的生物信号测量电极，其中，

在所述生物信号测量电极被按压在所述生物体表面时，所述覆盖构件始终保持与所述生物体表面接触，从而密封与所述生物体表面一起包围所述液体保持件的空间。

7.一种生物信号测量仪器，包括：

生物信号测量电极，包括：

液体保持件，被构造为可弹性变形，并保持导电液，所述液体保持件包括被构造为与生物体表面接触的接触表面，

电板，被构造为与所述导电液接触，以及

覆盖构件，被构造为可弹性变形，并覆盖除所述接触表面外的所述液体保持件；以及

被构造为支撑所述生物信号测量电极的装置，所述装置使所述生物信号测量电极紧靠所述生物体表面。

8.根据权利要求7所述的生物信号测量仪器，其中，

所述装置被构造为使所述生物信号测量电极紧靠测试对象的头部，并且

所述生物信号测量电极被构造为获取所述测试对象的脑电波。

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