CN104414635A - 干电极及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例公开了一种干电极及其制造方法，包括：导管(2)，固定在基板(1)的一侧；弹性部件(3)，位于所述导管(2)内，其中所述弹性部件(3)的弹性系数与所述弹性部件(3)在所述基板(1)上的位置相关联；以及电极柱(4)，位于所述导管(2)内，并且在所述弹性部件(3)的作用下在所述导管(2)内运动。在干电极与头皮进行接触的过程中，根据本发明的实施例的电极柱(4)可以在弹性部件(3)的作用下根据头部上各个点的曲率相应地伸出或缩回，并且电极柱(4)的弹力可以根据其位置和弹性部件(3)的弹性系数的相关关系而做到相对较均匀，从而保证该干电极与头皮形成良好接触，并且避免位于基板的周边位置的电极柱(4)由于弹力较小而接触不好的缺陷。

Description

干电极及其制造方法

技术领域

本发明的实施例一般涉及脑电测量领域，更具体地，涉及一种干电极及其制造方法。

背景技术

人体组织细胞总是在自发不断地产生着很微弱的生物电活动。脑电信号是大量脑神经细胞在高度相干状态下的电活动在大脑皮层上的总体效应。如果利用在头皮上安放的电极采集脑电信号并且经由脑电检测设备放大并记录在专用纸上，则能够得到具有一定波形、波幅、频率和相位的图形、曲线，即脑电图。当脑组织发生病理或功能改变时，脑电信号也发生相应的改变，从而为大脑研究、生理神经研究、临床诊断与康复治疗提供依据。

在脑电信号采集过程中，电极作为人体和外部测量设备之间的接口，可以起到将脑电信号传递到测量设备的作用，电极的性能将决定脑电信号的测量质量。具体来说，干电极是一种非侵入式电极、接触阻抗较为稳定。此外，相比于湿电极，在使用干电极前无需对电极和被测者头皮进行预处理，在使用干电极后也无需对电极和被测者进行清洗，因此可以大幅缩短脑电测量时间，增加被测者的舒适度。

目前，通常以模拟梳子的方式将干电极制造成多柱状，从而增强干电极穿透头发并与头皮接触的能力，图1和图2就图示了这样的干电极。

图1是图示根据相关技术的一种干电极的主视图和俯视图，其中，12代表干电极座，14代表干电极柱。这些干电极柱14的高度相同。但是，由于头部上各个点的曲率不同，图1中的干电极柱14通常难以同时都与头皮形成良好接触，因此会在脑电测量过程中引入工频干扰。

图2是图示根据相关技术的另一种干电极的主视图和俯视图，其中，22代表干电极座，24代表干电极柱。这些干电极柱24的高度相同并且仅仅分布在干电极座22的外围。这种结构可以使所有干电极柱24尽可能同时都与头皮形成良好接触，然而，这种结构由于没有使用到中间区域，因此与头皮接触面积较小，因此会引起较大的接触阻抗，这会导致较大热噪声并不利于脑电信号的采集。

发明内容

鉴于干电极难以同时都与头皮形成良好接触并且保证与头皮足够接触面积的问题，本发明提出一种干电极及其制造方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种干电极，包括：导管，固定在基板的一侧；弹性部件，位于所述导管内，其中所述弹性部件的弹性系数与所述导管在所述基板上的位置相关联；以及电极柱，位于所述导管内，并且在所述弹性部件的作用下在所述导管内运动。

在一个实施例中，所述电极柱的第一端的直径小于所述导管的第一端的口径，所述导管的第一端的口径小于所述电极柱的第二端的直径，并且所述电极柱的第二端的直径小于所述导管的第二端的口径。

在一个实施例中，所述导管的第一端具有环状缩口，所述电极柱的第二端具有环状凸台，并且所述环状缩口的口径小于所述环状凸台的直径。

在一个实施例中，所述电极柱的第一端是半球形。

在一个实施例中，所述导管插入所述基板的孔内。

在一个实施例中，所述导管通过螺纹连接或者焊接的方式在所述孔内固定。

在一个实施例中，所述基板和所述导管的材料包括以下至少之一：钛、不锈钢、铜。

在一个实施例中，所述电极柱的材料包括以下至少之一：钛、不锈钢、金、银。

在一个实施例中，所述干电极还包括：压紧板，与所述基板平行固定并且具有通孔，所述导管穿过所述通孔并且所述导管的一端固定在所述压紧板与所述基板之间。

在一个实施例中，在所述基板的中心位置的所述导管中的所述弹性部件的弹性系数小于在所述基板的周边位置的所述导管中的所述弹性部件的弹性系数。

在一个实施例中，所述干电极还包括：处理电路，位于所述基板的另一侧，其中所述处理电路至少包括按顺序连接的滤波器、阻抗变换器和比例放大器。

在一个实施例中，所述滤波器的输入端使用导线依次穿过顶层绝缘层、金属屏蔽层和底层绝缘层连接到所述基板。

在一个实施例中，所述阻抗变换器的输出端使用导线透过顶层绝缘层连接到金属屏蔽层。

本发明还提供了一种干电极的制造方法，包括：将电极柱安装到导管内；将弹性部件安装到所述导管内，并且使所述电极柱在所述弹性部件的作用下在所述导管内运动；以及将所述导管固定在基板的一侧，其中所述弹性部件的弹性系数与所述导管在所述基板上的位置相关联。

在一个实施例中，将所述导管固定在基板的一侧包括：将所述导管插入所述基板的孔内；以及将所述导管通过螺纹连接或者焊接的方式在所述孔内固定。

在一个实施例中，将所述导管固定在基板的一侧包括：将所述导管穿过压紧板上的通孔；以及将所述压紧板与所述基板平行固定使得所述导管的一端固定在所述压紧板与所述基板之间。

在一个实施例中，在所述基板的中心位置的所述导管中的弹性部件的弹性系数小于在所述基板的周边位置的所述导管中的所述弹性部件的弹性系数。

通过下文详细描述将会理解，根据本发明的实施例，在干电极与头皮进行接触的过程中，电极柱可以在弹性部件的作用下根据头部上各个点的曲率相应地伸出或缩回，并且电极柱的弹力可以根据其位置和弹性部件的弹性系数的相关关系而做到相对较均匀，从而保证该干电极与头皮形成良好接触，并且避免位于基板的周边位置的电极柱由于弹力较小而接触不好的缺陷。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明的实施例的上述以及其它目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施例，其中：

图1是图示根据相关技术的一种干电极的主视图和俯视图；

图2是图示根据相关技术的另一种干电极的主视图和俯视图；

图3是图示根据本发明的实施例的干电极的剖面图；

图4是图示根据本发明的实施例的干电极柱的一种布置方式的剖面图；

图5是图示根据本发明的实施例的干电极柱的另一种布置方式的剖面图；

图6是图示根据本发明的实施例的导管2和电极柱4之间的结构关系的剖面图；

图7是图示根据本发明的实施例的处理电路的剖面图；

图8是图示根据本发明的实施例的基板1和压紧板之间的结构关系的剖面图；以及

图9是图示根据本发明的实施例的干电极的制造方法的流程图。

在各个附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。

具体实施方式

下面将参考附图中示出的若干示例性实施例来描述本发明的原理和精神。应当理解，给出这些实施例仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何方式限制本发明的范围。

图3是图示根据本发明的实施例的干电极的剖面图。其中，基板l通常作为上述干电极座的一部分，并且在一侧固定有导管2；在该导管2内安装有弹性部件3，该弹性部件3可以是弹簧、弹片等各种本领域技术人员熟知的能够通过发生形变而产生弹力的部件，其中该弹性部件3的弹性系数与导管2在基板1上的位置相关联；在该导管2内还安装有电极柱4，该电极柱4可以在该弹性部件3的作用下在该导管2内运动，并用于与头皮形成良好接触。因此，在图3所图示的干电极与头皮进行接触的过程中，该电极柱4可以在该弹性部件3的作用下根据头部上各个点的曲率相应地伸出或缩回，并且电极柱4的弹力可以根据其位置和弹性部件3的弹性系数的相关关系而做到相对较均匀，从而保证该干电极与头皮形成良好接触，并且避免位于基板的周边位置的电极柱4由于弹力较小而接触不好的缺陷。

因此，采用本发明的实施例的干电极，既可以适应头部不同部位的形状，又可以适应不同人的不同头形，从而使电极柱与头皮形成良好接触，防止浮空的电极柱在脑电测量时引入工频干扰。同时，使电极柱穿过头发与头皮接触，可以增加电极柱的数目，从而充分利用电极中间区域的面积，以达到增大与头皮接触面积、减小接触阻抗和降低热噪声的作用，从而有利于脑电信号的采集。

需要说明的是，虽然图3仅仅示例性的描述了基板1上的一组由导管2、弹性部件3和电极柱4所组成的组件，并且该组件优选地位于该基板1的中部位置，然而，本领域技术人员还可以在该中部位置采用多组该组件(如图4所示)，以便同时都与头皮形成良好接触并且增大与头皮的接触面积。进而，本领域技术人员还可以在该基板1的中部位置和周边位置都采用该组件(如图5所示)，以便进一步增大与头皮的接触面积。因此，对于采用了本发明的实施例描述的上述组件的干电极，无论该组件的数量多少以及布置方式如何，都应当纳入本发明的保护范围。

此外，本领域技术人员应当理解，虽然本发明的实施例仅仅示出了对现有技术做出最明显改进的干电极，但是本发明的实施例还可能包含现有技术中进行脑电测量所必需的其他器件，例如直流／交流电源、整流器、放大器、滤波器等。本领域技术人员可以将这些器件按需连接到根据本发明的实施例的干电极，以用于实现脑电测量，而这些连接方式都应当纳入本发明的保护范围。

参照图5，根据本发明的一个实施例，弹性部件3的弹性系数与导管2在基板1上的位置的关联关系可以是：在基板1的中心位置的导管中的弹性部件3的弹性系数小于在基板1的周边位置的导管中的弹性部件3的弹性系数，即弹性部件A、B、C和D的弹性系数依次增加。因为人体头部类似于球状，所以当多个弹性电极柱与人体头部接触时，位于中心位置的电极柱(诸如A)压缩量较大，而位于周边位置的电极柱(诸如D)压缩量较小。这样会造成人体头部上的每个接触点的弹力不均匀，降低舒适度，同时可能由于导致周边位置的电极柱接触不好而导致工频干扰增大。为此，采用本实施例，将弹性部件3的弹性系数设置成从中心位置向周边位置逐渐增加，可以在一定程度上抵消上述压缩量不同所引起的弹力不均匀，从而保证无论位于中心位置的电极柱(诸如A)还是位于周边位置的电极柱(诸如D)都达到近似的接触效果，降低工频干扰。其中，上述弹性系数可以在从30牛／米到200牛／米的范围之内进行选择。

此外，上述将弹性部件3的弹性系数设置成从中心位置向周边位置逐渐增加仅仅是示例性而非限制性的。当本领域技术人员面对非球状的各种头型或该头型的一部分时，可以根据实际情况设置各个弹性部件3的弹性系数，以便抵消上述压缩量不同所引起的弹力不均匀。因此，本领域技术人员可以理解，无论在弹性部件3的弹性系数与导管2在基板l上的位置之间采用何种关联关系，其均应当纳入本发明的保护范围。

图6是图示根据本发明的实施例的导管2和电极柱4之间的结构关系的剖面图，其中电极柱4的第一端41的直径可以小于导管2的第一端21的口径，导管2的第一端21的口径可以小于电极柱4的第二端42的直径，电极柱4的第二端42的直径可以小于导管2的第二端22的口径。通过采用这样的结构，能够实现电极柱4良好地安装在导管2内。这样，无论电极柱4伸出或缩回，都可以保证电极柱4在该导管2内稳定运动。

在根据图6所示的实施例中，导管2的第一端21还可以具有环状缩口，电极柱4的第二端42还可以具有环状凸台，并且该环状缩口的口径可以小于该环状凸台的直径。通过采用这样的结构，能够实现电极柱4良好地卡接在导管2内而不会从导管2中脱离。

图7是图示根据本发明的实施例的处理电路的剖面图，其中，处理电路5可以位于基板1的另一侧，并且可以至少包括按顺序连接的滤波器51、阻抗变换器52和比例放大器53。在本实施例中，将基板1和处理电路5作为一个整体形成于干电极内，相比较于现有技术中将处理电路外置于干电极，可以缩短导线长度，从而降低噪声，并且还可以起到滤除特定频率段的噪声和阻抗变换，防止有用信号失真的作用。

需要说明的是，本发明的实施例中的滤波器5l可以按需选择高通滤波器、低通滤波器或者带通滤波器。

在根据图7所示的实施例中，该滤波器5l的输入端可以使用导线6依次穿过顶层绝缘层7、金属屏蔽层8和底层绝缘层9连接到该基板1，从而可以高效的滤除特定频率段的噪声。其中导线6与金属屏蔽层8相互绝缘。

在根据图7所示的实施例中，该阻抗变换器52的输出端可以使用导线10透过顶层绝缘层7连接到金属屏蔽层8。采用这种连接方式，可以保证阻抗变换器52的输入端和输出端的电压相同，即形成一个等势体，从而避免电流流过阻抗变换器52，更好地起到阻抗变换的作用。

此外，根据上述图3至图6所示的本发明的实施例，还进行了如下几点改进：

(1)电极柱4的第一端41可以是半球形，以便电极柱4与头皮形成良好接触。

(2)导管2可以通过螺纹连接或者焊接的方式固定在基板1上的孔内，以提高导管2和基板1之间的连接的可靠性。

(3)如图8所示，增加压紧板，该压紧板与基板1平行固定并且具有通孔，导管2穿过该通孔并且该导管2的一端固定在压紧板与基板1之间，从而一次性均匀地固定多个导管2，提高导管2和基板1之间的连接的平稳性和可靠性。

(4)基板1和导管2可以采用钛、不锈钢、铜等材料，电极柱4可以采用钛、不锈钢、金、银等材料，以提高导电性能。

图9是图示根据本发明的实施例的干电极的制造方法的流程图，其中包括如下的步骤S902至步骤S906。

步骤S902，将电极柱4安装到导管2内。

步骤S904，将弹性部件3安装到导管2内，并且使电极柱4在弹性部件3的作用下在导管2内运动。

步骤S906，将导管2固定在基板1的一侧，其中弹性部件3的弹性系数与导管2在基板1上的位置相关联。

具体地，在步骤S906中，可以将导管2插入基板1的孔内以及将导管2通过螺纹连接或者焊接的方式在该孔内固定；或者，可以将导管2穿过压紧板上的通孔以及将压紧板与基板1平行固定使得所述导管2的一端固定在压紧板与基板1之间。

因此，对于采用图9所示方法制造的干电极，在干电极与头皮进行接触的过程中，该电极柱4可以在该弹性部件3的作用下根据头部上各个点的曲率相应地伸出或缩回，从而保证该干电极与头皮形成良好接触。

虽然已经参考若干具体实施例描述了本发明，但是应该理解，本发明并不限于所公开的具体实施例。本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。所附权利要求的范围符合最宽泛的解释，从而包含所有这样的修改及等同结构和功能。

Claims (15)

1.一种干电极，包括：

导管(2)，固定在基板(1)的一侧；

弹性部件(3)，位于所述导管(2)内，其中所述弹性部件(3)的弹性系数与所述导管(2)在所述基板(1)上的位置相关联；以及

电极柱(4)，位于所述导管(2)内，并且在所述弹性部件(3)的作用下在所述导管(2)内运动。

2.根据权利要求1所述的干电极，其中所述电极柱(4)的第一端(41)的直径小于所述导管(2)的第一端(21)的口径，所述导管(2)的第一端(21)的口径小于所述电极柱(4)的第二端(42)的直径，并且所述电极柱(4)的第二端(42)的直径小于所述导管(2)的第二端(22)的口径。

3.根据权利要求2所述的干电极，其中所述导管(2)的第一端2l具有环状缩口，所述电极柱(4)的第二端42具有环状凸台，并且所述环状缩口的口径小于所述环状凸台的直径。

4.根据权利要求2所述的干电极，其中所述电极柱(4)的第一端(41)是半球形。

5.根据权利要求l-4中任一项所述的干电极，其中所述导管(2)插入所述基板(1)的孔内。

6.根据权利要求5所述的干电极，其中所述导管(2)通过螺纹连接或者焊接的方式在所述孔内固定。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的干电极，还包括：

压紧板，与所述基板(1)平行固定并且具有通孔，所述导管(2)穿过所述通孔并且所述导管(2)的一端固定在所述压紧板与所述基板(1)之间。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的干电极，其中在所述基板(1)的中心位置的所述导管(2)中的弹性部件(3)的弹性系数小于在所述基板(1)的周边位置的所述导管(2)中的所述弹性部件(3)的弹性系数。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的干电极，还包括：处理电路(5)，位于所述基板(1)的另一侧，其中所述处理电路(5)至少包括按顺序连接的滤波器(51)、阻抗变换器(52)和比例放大器(53)。

10.根据权利要求9所述的干电极，其中所述滤波器(51)的输入端使用导线(6)依次穿过顶层绝缘层(7)、金属屏蔽层(8)和底层绝缘层(9)连接到所述基板(1)。

11.根据权利要求9所述的干电极，其中所述阻抗变换器(52)的输出端使用导线(10)透过顶层绝缘层(7)连接到金属屏蔽层(8)。

12.一种干电极的制造方法，包括：

将电极柱(4)安装到导管(2)内；

将弹性部件(3)安装到所述导管(2)内，并且使所述电极柱(4)在所述弹性部件(3)的作用下在所述导管(2)内运动；以及

将所述导管(2)固定在基板(1)的一侧，其中所述弹性部件(3)的弹性系数与所述导管(2)在所述基板(1)上的位置相关联。

13.根据权利要求12所述的方法，将所述导管(2)固定在基板(1)的一侧包括：

将所述导管(2)插入所述基板(1)的孔内；以及

将所述导管(2)通过螺纹连接或者焊接的方式在所述孔内固定。

14.根据权利要求l2所述的方法，将所述导管(2)固定在基板(1)的一侧包括：

将所述导管(2)穿过压紧板上的通孔；以及

将所述压紧板与所述基板(1)平行固定使得所述导管(2)的一端固定在所述压紧板与所述基板(1)之间。

15.根据权利要求12-14中任一项所述的方法，其中在所述基板(1)的中心位置的所述导管(2)中的弹性部件(3)的弹性系数小于在所述基板(1)的周边位置的所述导管(2)中的所述弹性部件(3)的弹性系数。