CN105943035A - 全电磁屏蔽自导引自展开头皮微电极 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全电磁屏蔽自导引自展开头皮微电极，其主要技术特点是：电极柱套装在电极柱外套管和柔性可展开绝缘柱内，柔性可展开绝缘柱上端与电极柱外套管的下端连接固定，其下端与电极柱头部连接固定；电极线的底部与电极柱的上端相连接；可展开柔性导电膜覆盖在柔性可展开绝胶柱的下端表面并与电极柱头部相连并相互导电。本发明的电极头部可自行展开从而增大电极与头皮的有效接触面积，并在电极柱外涂覆有石墨烯涂层并采用全电磁屏蔽设计，增强所收集电信号的强度并减少传输过程中的损耗，从而保证收集的信号的强度及精度。
Description
技术领域
本发明属于人脑皮层神经电信号检测技术领域，尤其是一种全电磁屏蔽自导引自展开头皮微电极。
背景技术
目前，临床上对某些疾病的诊断仍然依赖脑电图检查，但脑电图检查精度及灵敏度受如电极材料制约造成的信号衰减、电信号传递过程中的衰减，外界环境电磁干扰、信息分析手段等多种因素制约，造成获取的脑电信号细节缺失、精度及实时性降低；而且脑电图检查中头皮电极的安放及接线也极为繁琐，头皮电极容易受到头发、头皮油脂、污垢等影响而影响精度。目前较为先进的脑磁图检查，可以探测颅脑的极微弱的脑磁波，但是，因为检查环境要求苛刻及检查费用昂贵仍然不能普及。在科研方面，人脑计算机接口已经成为世界范围广泛研究的课题，而人脑计算机接口技术的关键是如何获得高精度、高灵敏度及实时的脑电信号，目前常规的方法均未取得较好的效果，有突破性进展获取人脑皮层电信号的方法多为脑中植入电极或微型芯片，但这些方法均为有创性的，由于人脑手术存在极大风险，所有这些方法目前还处于动物实验阶段，要想推广到临床还需要较长的时间。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有技术的不足之处，提供一种设计合理、抗干扰能力强、无创、精确、实时的全电磁屏蔽自导引自展开头皮微电极。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种全电磁屏蔽自导引自展开头皮微电极，包括电极柱、柔性可展开绝缘柱、电极柱外套管、电极线、绝缘管、可展开柔性导电膜和电磁屏蔽层；所述电极柱外套管可伸缩套装在电极柱外部，所述柔性可展开绝缘柱的上端与电极柱外套管的下端连接固定，该绝缘柱的下端与电极柱头部连接固定；所述电极线的底部与电极柱的上端相连接，电极线通过安装在电极柱外套管上端的绝缘管进行固定；所述可展开柔性导电膜覆盖在柔性可展开绝缘柱的下端表面，并与电极柱头部相连并相互导电；所述电磁屏蔽层的上部包裹电极柱外套管，下部包裹柔性可展开绝缘柱上部。
所述电极柱采用导电性能良好的金属作为主体材质，在电极柱表面涂覆有石墨烯涂层。
所述可展开柔性导电膜为可展开石墨烯柔性导电膜。
所述柔性可展开绝缘柱为柔性可展开绝缘橡胶柱；所述绝缘管为绝缘橡胶管。
所述电极线外包裹有绝缘层和电磁屏蔽层。
所述电极柱头部为钝圆半球状，该电极柱主体为圆柱体，在电极柱主体上设有阻挡固定环用于限制电极柱相对于电极柱外套管的运动范围并阻挡安装在电极柱主体上的圆柱形螺旋弹簧。
所述电极柱外套管为圆桶形硬绝缘塑料管，在电极柱外套管内设有上圆环、中圆环和下圆环，该上圆环用于固定绝缘管并引出电极线，该中圆环用于支撑电极柱滑动并限制圆柱形螺旋弹簧，该下圆环用于支撑电极柱滑动并限制其向下运动范围。
所述圆柱形螺旋弹簧的上端由电极柱外套管的中圆环限制，圆柱形螺旋弹簧的下端由电极柱主体上的阻挡固定环限制。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明整体呈尖端向下的流线型，电极头部可自行展开从而增大电极与头皮的有效接触面积，使得头皮微电极下降到头皮表面过程中顺利避开毛发，电极柱头部呈钝圆，在上方一定的压力下可以深入头皮皮肤表面一部分但又不会刺破头皮皮肤，这样可以排开头皮表面油渍或污垢，与头皮表面紧密接触。
2、本发明在电极柱外涂覆有石墨烯涂层并采用全电磁屏蔽设计，由于石墨烯具有优秀的导电性能同时对人体组织有着良好的亲和性，因此，电极柱可以极大增强所收集电信号的强度并减少传输过程中的损耗，从而保证收集的信号的强度及精度。
3、本发明可通过密集排列组成短矩阵阵列模块，可以更加精细地捕捉对应脑皮层电活动的范围及变化，为研究人脑皮层电生理活动、一些神经科系统疾病的早期及精确诊断、以及无创性人脑计算机接口的建立提供了一种简便、可行、精确、可靠的解决方案，具有设计合理、操作简便、抗干扰能力强、无创、精确、实时等特点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明展开后的结构示意图；
图3是本发明的三维示意图；
图4是由本发明构成的头皮微电极阵列模块的三维透视示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：
一种全电磁屏蔽自导引自展开头皮微电极，如图1至3所示，包括电极柱1-1、电极柱表面石墨烯涂层1-2、柔性可展开绝缘橡胶柱1-3、圆柱形螺旋弹簧1-4、电极柱外套管1-5、电极线1-6、电极线线芯外部包裹的绝缘层和电磁屏蔽层1-7、绝缘橡胶管1-8、可展开石墨烯柔性导电膜1-9和电磁屏蔽橡胶1-10。下面对各个部分分别进行说明：
电极柱1-1：采用导电性能良好的金属材料(例如金属银)作为主体材质，该电极柱头部1-a为钝圆半球状，电极柱主体1-b为圆柱体，在电极柱主体1-b上设有阻挡固定环1-c，该阻挡固定环1-c用于限制电极柱相对于电极柱外套管的运动范围并阻挡圆柱形螺旋弹簧1-4；在电极柱主体的下端与电极柱头部之间为柔性可展开绝缘橡胶柱展开引导部1-d。
电极柱表面石墨烯涂层1-2：涂覆在电极柱表面上，该电极柱表面石墨烯涂层具有良好的导电性能。
柔性可展开绝缘橡胶柱1-3：由上到下逐渐变薄，该绝缘橡胶柱的上端与电极柱外套管的下端连接固定，该绝缘橡胶柱的下端与电极柱头部连接固定。
圆柱形螺旋弹簧1-4：安装在电极柱外套管内，其下端被阻挡固定环，其上端被电极柱外套管限定。为适应头部头皮表面弧度，本实施例采用圆柱形螺旋弹簧自动调整电极柱头部对于头皮表面的压力，当压力解除时恢复头皮微电极的形状，当然也可以采用气压等方式来实现。
电极柱外套管1-5：为圆桶形硬绝缘塑料管，用于支撑电极柱沿电极柱外套管纵轴方向滑动，电极柱外套管的下部与柔性可展开绝缘橡胶柱1-3紧密连接。该电极柱外套管设有上圆环1-e、中圆环1-f、下圆环1-g，其中，上圆环用于固定绝缘橡胶管1-8并引出电极线，中圆环用于支撑电极柱滑动并限制弹簧，下圆环用于支撑电极柱滑动并限制其向下运动范围，在电极柱外套管内形成一个电极线缓冲仓1-h和一个弹簧压缩仓1-i。
电极线1-6：使用导电性优良的银等金属材料设置在电极柱外套管1-5内，其底部与电极柱的上端相连接；
绝缘层和电磁屏蔽层1-7：包裹在电极线线芯外部。
绝缘橡胶管1-8：用于固定并从电极柱外套管1-5的上圆环引出电极线。
可展开石墨烯柔性导电膜1-9：覆盖在柔性可展开绝缘橡胶柱1-3的下端表面，并与电极柱头部相连并相互导电，展开后呈圆盘状电极与头皮紧密接触，增加头皮微电极与头皮接触面积。
电磁屏蔽橡胶1-10：橡胶内部含有银等金属颗粒，具有良好的电磁屏蔽作用，阻挡外部的电磁屏蔽干扰及微电极之间的电磁干扰。电磁屏蔽橡胶1-10的上部包裹电极柱外套管，下部包裹柔性可展开绝缘橡胶柱1-3上部，当柔性可展开绝缘橡胶柱1-3变形展开折叠后，可屏蔽外部电磁干扰对可展开石墨烯柔性导电膜电极的影响。
整个全电磁屏蔽自导引自展开头皮微电极排列呈尖端向下的流线型，使得头皮微电极下降到头皮表面过程中顺利避开毛发，电极柱头部呈钝圆，在上方一定的压力下可以深入头皮皮肤表面一部分但又不会刺破头皮皮肤，这样可以排开头皮表面油渍或污垢，与头皮表面紧密接触，石墨烯因为具有优秀的导电性能同时对人体组织有着良好的亲和性，所以有具有石墨烯涂层的电极柱可以极大增强所收集电信号的强度并减少传输过程中的损耗。当电极柱头部抵达并深入头皮皮肤后电极柱停止下降，此时电极柱外套管继续下降时与电极柱发生相对运动并压缩弹簧，此时柔性可展开绝缘橡胶柱受到电极柱外套管的向下的压力而发生变形，因为柔性可展开绝缘橡胶柱管壁从上至下由厚逐渐变薄，所以从最下端最薄处(柔性可展开绝缘橡胶柱向外变形展开开始部)1-12开始变形，并沿着柔性可展开绝缘橡胶柱展开引导部1-d的引导方向向外贴着头皮表面逐渐延展变形，从柔性可展开绝缘橡胶柱折叠部1-11处折叠形成双层圆盘状，圆盘上层有电磁屏蔽涂层，圆盘下层有柔性导电膜与头皮1-13紧密接触并与电极柱头部导电连接，如图2所示。
在本发明在实际应用时，可以将多个全电磁屏蔽自导引自展开头皮微电极按一定的矩阵排列构成全电磁屏蔽短矩阵自导引自展开头皮微电极阵列模块，如图4所示，微电极阵列模块基体部2-1、电极线汇总插头2-2、电极线汇总插头中的导电端子2-3、全电磁屏蔽自导引自展开头皮微电极2-4和微电极阵列模块基体部内部连线2-5。其中，
微电极阵列模块基体部2-1：呈扁平立方形，由绝缘硬塑料构成，一侧面有呈阵列排列的多个圆柱形孔槽，头皮微电极可以插入其中，使头皮微电极组成短矩阵阵列。电极线汇总插头2-2：通过微电极阵列模块基体部内部连线连接相对应的头皮微电极的电极线，当头皮微电极阵列模块插入电极帽模块化接口插槽后，与电极帽模块化接口插槽中的插座相插接。
电极线汇总插头中的导电端子2-3：安装在电极线汇总插头上。
微电极阵列模块基体部内部连线2-5：每根连线一端连接头皮微电极引出的电极线，另一端连接电极线汇总插头上的导电端子上。
模块中微电极数量和阵列排列方式可根据具体要求调整，汇总插头导电端子数量也可根据具体要求调整。
将上述全电磁屏蔽短矩阵自导引自展开头皮微电极阵列模块安装在电极帽上，对头皮脑电信号进行检测并通过信号放大器、模数转换器传输到及安装有信号数据实时分析处理系统软件的计算机上，由计算机对所收集的数据通过实时自动分析、处理。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
Claims (8)
1.一种全电磁屏蔽自导引自展开头皮微电极，其特征在于：包括电极柱、柔性可展开绝缘柱、电极柱外套管、电极线、绝缘管、可展开柔性导电膜和电磁屏蔽层；所述电极柱外套管可伸缩套装在电极柱外部，所述柔性可展开绝缘柱的上端与电极柱外套管的下端连接固定，该绝缘柱的下端与电极柱头部连接固定；所述电极线的底部与电极柱的上端相连接，电极线通过安装在电极柱外套管上端的绝缘管进行固定；所述可展开柔性导电膜覆盖在柔性可展开绝缘柱的下端表面，并与电极柱头部相连并相互导电；所述电磁屏蔽层的上部包裹电极柱外套管，下部包裹柔性可展开绝缘柱上部。
2.根据权利要求1所述的全电磁屏蔽自导引自展开头皮微电极，其特征在于：所述电极柱采用导电性能良好的金属作为主体材质，在电极柱表面涂覆有石墨烯涂层。
3.根据权利要求1所述的全电磁屏蔽自导引自展开头皮微电极，其特征在于：所述可展开柔性导电膜为可展开石墨烯柔性导电膜。
4.根据权利要求1所述的全电磁屏蔽自导引自展开头皮微电极，其特征在于：所述柔性可展开绝缘柱为柔性可展开绝缘橡胶柱；所述绝缘管为绝缘橡胶管。
5.根据权利要求1所述的全电磁屏蔽自导引自展开头皮微电极，其特征在于：所述电极线外包裹有绝缘层和电磁屏蔽层。
6.根据权利要求1至5任一项所述的全电磁屏蔽自导引自展开头皮微电极，其特征在于：所述电极柱头部为钝圆半球状，该电极柱主体为圆柱体，在电极柱主体上设有阻挡固定环用于限制电极柱相对于电极柱外套管的运动范围并阻挡安装在电极柱主体上的圆柱形螺旋弹簧。
7.根据权利要求6所述的全电磁屏蔽自导引自展开头皮微电极，其特征在于：所述电极柱外套管为圆桶形硬绝缘塑料管，在电极柱外套管内设有上圆环、中圆环和下圆环，该上圆环用于固定绝缘管并引出电极线，该中圆环用于支撑电极柱滑动并限制圆柱形螺旋弹簧，该下圆环用于支撑电极柱滑动并限制其向下运动范围。
8.根据权利要求6所述的全电磁屏蔽自导引自展开头皮微电极，其特征在于：所述圆柱形螺旋弹簧的上端由电极柱外套管的中圆环限制，圆柱形螺旋弹簧的下端由电极柱主体上的阻挡固定环限制。
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