CN103767704B - 一种用于脑电测量的准干电极及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于脑电测量的准干电极及其制备方法，所述电极包括：多孔金属电极、储液池以及电极导线，其中：多孔金属电极作为传感器获取脑电信号，储液池通过胶水粘接于多孔金属电极上，储液池用于存储导电液，导电液能缓缓透过多孔金属电极以保持皮肤与电极间的湿润，多孔金属电极上连接电极导线。本发明与传统的湿电极相比，使用方便，可以用于长时间的脑电测量，使用后不需要清洁皮肤，清洗电极；与一般的干电极相比，在不需要刺破皮肤就能保持电极与皮肤间的低阻抗，可以高质量的记录脑电信号。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械领域的电极，具体地，涉及一种用于脑电测量的准干电极及其制备方法。
背景技术
脑电图（EEG）主要用于诊断人体颅内器质性病变，如：癫痫、脑炎、脑血管疾病以及颅内占位性病变等的检查。随着科技的发展，脑电信号的用途就更广泛了，例如脑机接口（BCI：brain computer interface）。
目前，用于测量脑电信号的电极，一般都是采用银/氯化银电极和纯金属电极。银/氯化银电极是一种湿电极，在使用过程中还需要配合导电胶的使用，由于导电胶容易干掉从而造成采集信号的衰减，这非常不利于脑电信号长期的监测。并且在使用湿电极测量脑电信号之后还需要清洁皮肤上的残留导电胶，这都是费时费力的。而纯金属的干电极与皮肤间的接触阻抗比湿电极大，用来测量脑电信号的效果不如湿电极。
经对现有技术文献的检索发现，R.Luttge,S.N.Bystrova and M.J.A.M.van Putten在《4th European Conference of the International Federation for Medical andBiological Engineering》(2009)1246-1249撰文“Microneedle array electrode forhuman EEG recording”(“用于记录EEGD微针阵列电极”《第四届国际医学生物工程联合会欧洲会议》)，该文提出一种基于MEMS工艺制备的微针干电极。这类电极的原理是用微针刺过皮肤的表皮和真皮接触，从而减小电极与皮肤间的阻抗，测量脑电信号。这类干电极属于入侵式的电极，电极上的微针会刺破皮肤，引起皮肤的感染，使用者在使用过程中也不舒服。目前也有很多非入侵式的干电极的研究，但干电极与皮肤间的接触阻抗比湿电极以及微针电极与皮肤间的接触阻抗要大，而脑电信号又是在微伏级，此类干电极采集脑电信号的效果不好。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于脑电测量的准干电极及其制备方法，通过该方法制备的电极解决了湿电极使用复杂、不便和干电极接触阻抗高的问题。
根据本发明的一个方面，提供一种用于脑电测量的准干电极，所述电极包括：多孔金属电极、储液池以及电极导线，其中：多孔金属电极作为传感器获取脑电信号，储液池通过胶水粘接于多孔金属电极上，储液池用于存储导电液，导电液能缓缓透过多孔金属电极以保持皮肤与电极间的湿润，多孔金属电极上连接电极导线。
优选地，所述多孔金属电极由生物兼容性多孔金属材料制成，所述生物兼容性多孔金属材料为多孔钛、多孔铂、多孔金、多孔银或多孔铱中一种，优选多孔钛。
优选地，所述多孔金属电极的孔能透过导电液以保持电极与皮肤间的低阻抗，所述孔的尺寸为10微米-100微米，若孔的的尺寸太小，液体不易渗出；孔的尺寸太大，渗出的液体过多。
优选地，所述储液池由PDMS制成。PDMS是一种生物兼容性材料，不会对人体造成伤害，PDMS制成的储液池是透明的有弹性的，可以直接观察到储液池内液体的体积，储液池的弹性也使得液体溶液容易从多孔金属的孔中渗出。也可以使用其他生物兼容型，透明，有弹性的材料制造储液池。
优选地，所述导电液为生理盐水，所述导电液可以随时补充以使多孔钛电极较长时间的使用。
优选地，所述多孔金属电极可以是任何形状和任何合适的尺寸。所述储液池可以是任何形状和任何合适的尺寸。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于脑电测量的准干电极的制备方法，所述方法具体步骤包括：
（1）制备PDMS储液池；
（2）用机械加工的方法切割多孔钛电极；
（3）将储液池粘接在多孔钛电极上；
（4）将电极导线固定在多孔钛电极上。
优选地，所述步骤1）中，具体为：将PDMS与固化剂按质量比10：1混合，抽真空去掉气泡得到PDMS；在培养皿中放置一块玻璃片，将PDMS倒入培养皿中，放入烘箱，70℃条件下烘2小时；取出固化的PDMS，去掉玻璃片，经过切割得到储液池。
优选地，所述步骤2）中，具体为：用线切割的方法切割多孔钛，得到合适尺寸的多孔钛电极，将切割好的多孔钛电极充分的清洗直至将水滴在多孔钛电极上，水能很快的透过电极。
优选地，所述步骤3）中，具体为：将储液池用胶水粘接在多孔钛电极上，保证储液池和多孔钛电极粘接完好，没有缝隙。
本发明所述的电极由生物兼容性多孔金属材料制备而成，直接与人体皮肤接触，不会给人体带来任何伤害。比如多孔钛，是以高纯钛为原料，经过烧结而成；其结构均匀，分布有大量开口气孔。用做过滤元件，其过滤阻力小，渗透性好，耐高温，耐腐蚀，使用寿命长，机械强度高，易再生，可适用于各种介质的气、液体过滤。在多孔金属电极上粘接一个用聚二甲基硅氧烷（PDMS）制备的储液池，用于装导电液。当储液池上施加适当的力，储液池的导电液会透过多孔金属电极。因为有导电液的存在，电极与皮肤间的阻抗会大大的降低；其中：导电液用普通的生理盐水；因为导电液是缓缓的透过多孔金属，刚好能保持皮肤与电极间的湿润，而不至于多到在皮肤上流动，弄脏皮肤。
使用本发明所述的电极测量脑电信号时，在储液池中用注射器注入生理盐水后，用脑电帽固定好整个电极，将电极导线接入测量脑电的设备上。多孔钛电极与皮肤接触，储液池中的生理盐水会透过多孔钛的微孔，这样电极与皮肤间就能保持较低的阻抗。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明以多孔钛为作为传感器获取脑电信号，用简单的机械加工的方式制备脑电电极，该电极的优势在于导电液能透过多孔金属的微孔保持皮肤湿润从而保持电极与皮肤间低阻抗，电极上的储液池中的导电液可以添加，而且电极能持续较长时间的使用；测量完成后，也不需要清洁皮肤，使用方便。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1（1）～图1（6）为本发明的脑电极制备过程示意图；
图2为本发明一实施例的脑电电极俯视图；
图3为本发明一实施例的脑电电极剖面图；
图4为本发明实施例的效果图；
图中：玻璃片1，培养皿2，烧杯3，PDMS4，储液池5，多孔钛电极6，连接导线的小孔7，导线8。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1（1）～图1（6）所示，本实施例提供一种用于脑电测量的准干电极的制备方法，以下实施例以多孔钛电极为例，具体步骤包括：
（1）制备PDMS储液池，具体的：
将PDMS和固化剂以质量比为10：1的比例混合，抽真空去掉气泡得到PDMS4；在培养皿2中放置一块玻璃片1，如图1（1）所示；将盛放在烧杯3里的PDMS4倒入培养皿2中，如图1（2）所示；放入烘箱，70℃条件下烘2小时；取出固化的PDMS4，去掉玻璃片1，如图1（3）所示；经过切割得到储液池5，如图1（4）所示。
（2）用机械加工的方法切割多孔钛电极，即用机械加工的方法加工好多孔钛电极6和连接导线的小孔7。
（3）将储液池粘接在多孔钛电极上，具体的：
充分清洗多孔钛电极6，使其能透水；将储液池5用胶水粘接在多孔钛电极6上，如图1（5）所示。
（4）将电极导线固定在多孔钛电极上，具体的：
在室温下胶水凝固后，将导线8安装在连接导线的小孔7中便得到了本实施例所述的电极，如图1（6）、图2和图3所示。
如图2所示，本实施例提供一种用于脑电测量的准干电极，包括储液池5、多孔钛电极6、连接导线的小孔7和导线8，其中：能存储导电液的储液池5通过胶水粘结于多孔钛电极6上，多孔钛电极6上设置有连接导线的小孔7，导线8通过连接导线的小孔7实现与多孔钛电极6的连接。
本实施例中：当本装置应用于脑电信号采集时，用注射器往储液池5中注入生理盐水，多孔钛电极6贴在皮肤上，可以用市面上的脑电极帽固定多孔钛电极6，因为PDMS制备的储液池5有一定的弹性，此时生理盐水就会通过多孔钛电极6的微孔渗出，保持皮肤的湿润，保持多孔钛电极6与皮肤间的低的接触阻抗，而又不至于有太多液体流出。
本实施例的实际应用要求所用尺寸如表1所示，脑电极的一组典型设计参数。
表1
| 多孔钛电极6直径 | 10mm |
| 多孔钛电极6高 | 1mm |
| 多孔钛电极6微孔直径 | 15um |
| 储液池5内直径 | 6mm |
| 储液池5内外径 | 8mm |
| 储液池5高 | 4mm |
| 储液池5深度 | 3mm |
| 连接导线的小孔7直径 | 0.5mm |
本发明以多孔钛为作为传感器获取脑电信号，用简单的机械加工的方式制备脑电电极，该电极的优势在于导电液能透过多孔金属的微孔保持皮肤湿润从而保持电极与皮肤间低阻抗，电极上的储液池中的导电液可以添加，而且电极能持续较长时间的使用；测量完成后，也不需要清洁皮肤，使用方便。如图4中显示的是银/氯化银电极（Ag/AgClelectrode），本实施例（Ti electrode），干的金属钛电极（Dry electrode）分别于皮肤间的阻抗。在20-1000Hz的范围内，本实施例都保持三种电极中最低的阻抗。
应当理解的是，本发明上述的多孔钛金属是利用其生物兼容性和多孔性，其他的多孔金属材料比如多孔铂、多孔金、多孔银、多孔铱等，也是完全可以实现的，本发明并不局限于上述的多孔钛金属。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (11)
1.一种用于脑电测量的准干电极，其特征在于，所述电极包括：多孔金属电极、储液池以及电极导线，其中：多孔金属电极作为传感器获取脑电信号，储液池通过胶水粘接于多孔金属电极上，储液池用于存储导电液，导电液能缓缓透过多孔金属电极以保持皮肤与电极间的湿润，多孔金属电极上连接电极导线。
2.根据权利要求1所述的一种用于脑电测量的准干电极，其特征在于，所述多孔金属电极由生物兼容性多孔金属材料制成，所述生物兼容性多孔金属材料为多孔钛、多孔铂、多孔金、多孔银或多孔铱中一种。
3.根据权利要求2所述的一种用于脑电测量的准干电极，其特征在于，所述的多孔金属电极由多孔钛制成。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种用于脑电测量的准干电极，其特征在于，所述多孔金属电极的孔能透过导电液以保持电极与皮肤间的低阻抗，所述孔的尺寸为10微米-100微米。
5.根据权利要求1-3任一项所述的一种用于脑电测量的准干电极，其特征在于，所述储液池由生物兼容性、透明、有弹性的材料制成。
6.根据权利要求5所述的一种用于脑电测量的准干电极，其特征在于，所述储液池由聚二甲基硅氧烷制成。
7.根据权利要求1所述的一种用于脑电测量的准干电极，其特征在于，所述导电液为生理盐水，并能随时补充以使多孔金属电极长时间的使用。
8.一种权利要求1所述的用于脑电测量的准干电极的制备方法，其特征在于，所述方法具体步骤包括：
(1)制备聚二甲基硅氧烷储液池；
(2)用机械加工的方法切割多孔金属电极；
(3)将储液池粘接在多孔金属电极上；
(4)将电极导线固定在多孔金属电极上。
9.根据权利要求8所述的一种用于脑电测量的准干电极的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，具体为：将聚二甲基硅氧烷与固化剂按质量比10：1混合，抽真空去掉气泡；在培养皿中放置一块玻璃片，将去气泡后的混合聚二甲基硅氧烷倒入培养皿中，放入烘箱，70℃条件下烘2小时；取出固化的聚二甲基硅氧烷，去掉玻璃片，经过切割得到储液池。
10.根据权利要求8所述的一种用于脑电测量的准干电极的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，具体为：用线切割的方法切割多孔金属，得到合适尺寸的多孔金属电极，将切割好的多孔金属电极充分的清洗直至将水滴在多孔钛电极上，水能很快的透过电极。
11.根据权利要求8-10任一项所述的一种用于脑电测量的准干电极的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，具体为：将加工好的多孔金属电极充分清洗，使其能透水，将储液池用胶水粘接在多孔金属电极上。
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