CN104241934B - 电极组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电极组件，包括金属电极(1)、电极座(3)和位于金属电极(1)与电极座(3)之间的金属弹片(2)，其中金属电极(1)能够固定在电极座(3)上并与安装在电极座(3)中的金属弹片(2)形成电气连接。该电极组件还包括位于电极座下方的上盖(4)、球头(5)、导线(6)和电极臂(7)。上盖(4)能够与电极臂(7)的头部(71)相配合以保持球头(5)，球头(5)的一部分能够穿过上盖(4)并固定在电极座(3)中，导线(6)的一端穿过球头(5)与金属弹片(2)形成电气连接，而另一端作为引出端与测量电路连接，其中球头(5)与上盖(4)和头部(71)之间形成球形关节，能够做关节旋转运动。

Description

电极组件
技术领域
本发明涉及一种电极组件，其应用于生物医学工程领域，其电极能够通过电极与头皮的接触采集生物电信号。
背景技术
随着医学、神经科学、认知心理学和人工智能研究的深入发展，生物电信号正在被越来越多地应用到医学检测、临床诊断以及新兴的脑-机接口等领域。使用表面干电极采集脑电信号已经被广泛用来诊断脑部疾病和判断脑部状态。在采集过程中，电极阻抗的大小决定着采集的效果。电极阻抗越大，采集到的脑电信号失真越大，效果也就越差。电极的阻抗与它和头皮的接触面积有关，接触面积越大，阻抗越小，也就越有利于脑电信号的采集。目前，表面干电极固定装置大多采用具有一定弹性的塑料头架，干电极固定在塑料头架的电极臂安装座上，电极与电极臂之间不能产生相对运动。由于人头的形状是类球状，表面具有一定的曲率，且皮肤具有一定的弹性；当干电极平面与头皮表面发生接触，且电极中心法线与头皮接触区域的中心法线重合时，可以使电极与头皮的接触面积达到最大，亦即能实现阻抗的最小化。但现有的头架由于电极和电极臂之间固定，不能确保电极中心法线与头皮接触区域中心法线重合，从而不能保证电极与头皮的良好接触，影响测量效果。
作为改进，例如美国NeuroSky公司的MindWave电极系统头架采用具有一定弹性的塑料头架，干电极固定在塑料头架的电极臂上，但在测量时仍然无法保证电极中心法线与头皮接触区域中心法线重合。
因此，现有技术的缺陷和不足之处在于：在测量时，头架无法确保使得电极中心与头皮接触区域中心法线重合，导致接触面积减小，接触阻抗增大，不利于生物电信号的精确采集。
发明内容
本发明针对现有脑电图仪头架无法确保使得电极中心法线与头皮接触区域中心法线重合的技术缺陷，提出了一种具有球关节结构的电极组件装置，该装置可以使电极相对电极组件进行一定的角度旋转，从而达到调节电极与头皮的接触方向的目的；这样，当电极平面与头皮发生接触时，电极中心法线就能够与头皮接触区域中心法线重合，使得电极与头皮的接触面积实现最大化，亦即能实现接触阻抗的最小化，有利于生物电信号的精确采集。
本发明创造的基本思想是，在电极与电极臂头部之间设计一种可自行调节角度的机构，从而达到调节电极与头皮的接触方向，使得电极平面中心法线与头皮接触区域中心法线重合的效果，也就实现了电极与头皮接触面积的最大化，接触阻抗的最小化的目的。
基于这种构思，为了实现上述目的，本发明提供一种电极组件，包括金属电极、电极座和位于所述金属电极与电极座之间的金属弹片，其中金属电极能够固定在电极座上并与安装在电极座中的金属弹片形成电气连接，其中所述电极组件还包括位于电极座下方的上盖、球头、导线和电极臂，上盖能够与电极臂的头部相配合以保持球头，并且球头的一部分能够穿过上盖并固定在电极座中，导线的一端穿过球头与金属弹片形成电气连接，而另一端作为引出端与测量电路连接。根据本发明，球头与上盖和头部之间形成球形关节，能够做关节旋转运动。
根据一种有利的实施方式，球头包括球面部和突出部，突出部安装固定在电极座中，而球面部安装在电极臂和上盖之间，由此使得球头的内球面与支撑柱形成球面副、而球头的外球面与所述上盖的内面形成球面副。
根据一种有利的实施方式，突出部由从外球面伸出的多个卡爪个卡爪构成。
根据一种有利的实施方式，上盖为环形件并且具有凸缘。
根据一种有利的实施方式，上盖通过材料配合或形状配合的连接方式与所述头部连接，其中所述材料配合为焊接等任何合适方法，所述形状配合为卡扣、螺纹等任何合适方法。
根据一种有利的实施方式，头部在中央具有一个或多个支撑柱。
根据一种有利的实施方式，球头优选在内球面上设有一个或三个凸起，用作限制角度旋转方向的限位部。
根据一种有利的实施方式，金属电极通过材料配合或形状配合的形式与电极座连接，金属弹片通过材料配合或形状配合的形式与电极座连接。所述材料配合例如为焊接、粘结等任何合适方法，所述形状配合例如为卡扣、螺纹等任何合适方法。
根据一种有利的实施方式，金属电极和金属弹片通过冲压成型。
根据一种有利的实施方式，电极座、上盖、球头和电极臂由绝缘聚合物材料制成，并且通过注塑成型、模制成型、浇注成型等方式制造。
根据一种有利的实施方式，突出部通过材料配合或形状配合的形式安装固定在所述电极座中，其中所述材料配合为焊接等任何合适方法，所述形状配合为卡扣、螺纹等任何合适方法。
附图说明
在附图中示出本发明的实施例并且在以下描述中对其进行详细解释。附图中：
图1为根据本发明的电极组件的各部件结构的分解示意图，
图2为根据本发明的电极组件的装配结构示意图，以及
图3为根据本发明的电极组件的球头的细部特征。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的电极组件10的各部件结构的分解示意图，在示出的实施例中，电极组件10包括金属电极1、电极座3和位于金属电极1与电极座3之间的金属弹片2。在此实施例中，金属电极1可以固定在电极座3上并与安装在电极座3中的金属弹片2形成电气连接。在此，金属电极1例如可以通过材料配合或形状配合的形式与电极座3连接，金属弹片2也可以例如通过材料配合或形状配合的形式与电极座3连接，所述材料配合例如为焊接、粘结等任何合适方法，所述形状配合例如为卡扣、螺纹等任何合适方法。此外，金属电极1和金属弹片2可以通过冲压成型而使加工变得简单，并且金属电极1和金属弹片2可以通过弹性接触形成电气连接。
电极组件10还包括上盖4、球头5、导线6和电极臂7。如图2示出了电极组件10各部件装配在一起后的示意图。其中，电极臂7具有头部71，上盖4可以与该头部71相配合以保持球头5，其中球头5与上盖4和头部71之间形成球形关节，能够做关节旋转运动。优选的是，上盖4为环形件并且可以具有凸缘。优选的是，上盖4可以具有空心锥台的形状。球头5的一部分例如可以穿过上盖4并固定在电极座3中。在此，导线6的一端穿过球头5的中央孔从而穿过上盖4例如通过焊接与金属弹片2形成电气连接，而另一端作为引出端经电极臂7与未示出的测量电路连接。导线6穿过球头5的一端优选为伞状，通过与球头5卡合以更好地被固定。
此外，电极臂7的头部71在内部形成及用于容纳球头5和导线6的容纳部，并且所述头部71例如优选具有与上盖4的形状相配合的圆形形状，使得上盖4可以优选通过材料配合或形状配合的连接方式与电极臂7的头部71连接，其中所述材料配合为焊接等任何合适方法，所述形状配合为卡扣、螺纹等任何合适方法。优选所述头部71也具有凸缘以与上盖4的凸缘相配合。头部71与上盖4的具体结构和形状并不限于上述，只要能够与球头5形成球形关节即可。
图1和2示出了球头5的优选实施方式。球头5包括球面部51和突出部52。突出部52在装配时穿过上盖4例如通过材料配合或形状配合的形式安装固定在电极座3中。球面部51包括外球面和内球面且安装在电极臂7和上盖4之间，由此，球头5与上盖4和头部7之间形成球形关节，能够做关节旋转运动。优选地，电极臂7的头部71内设有一个或多个支撑柱711，球头5的内球面与电极臂7的头部71中央的支撑柱711形成球面副、而球头5的外球面与上盖4的内面形成球面副，即形成了球关节结构，如图2清楚所示。通过这样形成的球关节结构，金属电极1可以相对于电极臂7在一定范围内自由转动，形成一定的夹角。由此，能够在一定范围内调整金属电极1与头皮接触区域的角度，使得金属电极1的表面中心线与头皮接触区域的中心法线重合，从而实现金属电极1与头皮的最大接触面积、进而实现最小的接触阻抗。
球头5可以具有不同的实施方式。参见图3，其示出了球头5一种实施方式的细部特征，其中，球头5优选在内球面上设有三个凸起53，用作限制角度旋转方向的三个限位部，由此限定了金属电极1相对于电极臂7的转动角度。当然，所述限位部非必须设置而且也并不限于在图3中示例性地示出的三个凸起53，也可以是任意数目或其它形式，只要能够实现对角度旋转方向的限制即可。球头5的突出部52例如由从外球面伸出的三个卡爪构成。当然，卡爪的数量也不限于三个，可以根据设计空间而相应地设置任意个。
优选的是，电极座3、上盖4、球头5、电极臂7由绝缘聚合物材料制成，并且可以通过注塑成型、模制成型、浇注成型等方式制造，使得加工简单且成本很低。
图2所示为根据本发明优选方案的电极组件，金属电极1、金属弹片2、电极座3、上盖4、球头5、导线6、电极臂7按照以上描述的方式装配在一起，由此形成的球关节结构使得金属电极1可以相对于电极臂7在一定范围内形成夹角，从而能够在一定范围内调整金属电极1与头皮接触区域的角度。
本发明的保护范围仅由权利要求限定。得益于本发明的教导，本领域技术人员在不超出本发明的保护范围的情况下可以根据具体情况对本发明做出各种变型、修改或者替换，这些变型、修改或者替换均应落入本发明的保护范围。
附图标记列表
10 电极组件
1 金属电极
2 金属弹片
3 电极座
4 上盖
5 球头
51 球面部
52 突出部
53 凸起
6 导线
7 电极臂
71 头部
711 支撑柱

Claims (11)

1.一种电极组件，包括金属电极(1)、电极座(3)和位于所述金属电极(1)与电极座(3)之间的金属弹片(2)，其中所述金属电极(1)能够固定在所述电极座(3)上并与安装在所述电极座(3)中的所述金属弹片(2)形成电气连接，其特征在于，所述电极组件还包括位于所述电极座(3)下方的上盖(4)、球头(5)、导线(6)和电极臂(7)，所述上盖(4)能够与所述电极臂(7)的头部(71)相配合以保持所述球头(5)，所述球头(5)的一部分能够穿过所述上盖(4)并固定在所述电极座(3)中，所述导线(6)的一端穿过所述球头(5)与所述金属弹片(2)形成电气连接，而另一端作为引出端与测量电路连接，其中所述球头(5)与所述上盖(4)和所述头部(71)之间形成球形关节，能够做关节旋转运动。
2.按照权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述头部(71)在中央具有一个或多个支撑柱(711)，所述球头(5)包括球面部(51)和突出部(52)，所述突出部(52)安装固定在所述电极座(3)中，而所述球面部(51)安装在所述电极臂(7)和所述上盖(4)之间，由此使得所述球头(5)的内球面与所述支撑柱(711)形成球面副、而所述球头(5)的外球面与所述上盖(4)的内面形成球面副。
3.按照权利要求2所述的电极组件，其特征在于，所述突出部(52)由从外球面伸出的一个或多个卡爪构成。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的电极组件，其特征在于，所述上盖(4)为环形件并且具有凸缘。
5.按照权利要求1至3中任一项所述的电极组件，其特征在于，所述上盖(4)通过材料配合或形状配合的连接方式与所述头部(71)连接。
6.按照权利要求1至3中任一项所述的电极组件，其特征在于，所述球头(5)在内球面上设有一个或多个凸起(53)，用作限制角度旋转方向的限位部。
7.按照权利要求1至3中任一项所述的电极组件，其特征在于，所述金属电极(1)通过材料配合或形状配合的形式与所述电极座(3)连接。
8.按照权利要求1至3中任一项所述的电极组件，其特征在于，所述金属弹片(2)通过材料配合或形状配合的形式与电极座(3)连接。
9.按照权利要求1至3中任一项所述的电极组件，其特征在于，所述金属电极(1)和所述金属弹片(2)通过冲压成型。
10.按照权利要求1至3中任一项所述的电极组件，其特征在于，所述电极座(3)、上盖(4)、球头(5)和电极臂(7)由绝缘聚合物材料制成，并且通过注塑成型制造。
11.按照权利要求2或3所述的电极组件，其特征在于，所述突出部(52)通过材料配合或形状配合的形式安装固定在所述电极座(3)中。
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