CN105997061A - 生物电信号采集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了生物电信号采集装置，包括支撑体和安装在支撑体上的电极，以及导联线，所述的支撑体上有电极定位孔；所述的电极包括固定环，所述的固定环中部有一两端开放并联通的导电胶腔；所述的导电胶腔内壁设有电极传感层，所述的电极传感层为带缺口的环形面，所述的电极传感层与导联线连接；所述的固定环外圆柱面上有固定凹槽，用于嵌入所述电极定位孔的周边而固定电极与支撑体；电极传感层为带缺口的环形面，并串有安全电阻，对人体安全；电极传感层位于导电胶腔内壁，无清洗死角，方便清洗。

Description

生物电信号采集装置
技术领域
本发明属于生物电信号检测、传输技术领域，具体涉及一种脑电信号采集装置，特别适于功能磁共振-脑电（fMRI-EEG）、经颅磁刺激-脑电(TMS-EEG)、脑磁图-脑电(MEG-EEG)同时采集。
背景技术
常见的生物电信号主要有心电、脑电、肌电等，这些体表生物电信号通常能通过电极采集，经适当的生物电放大器放大，记录而成为心电图、脑电图、肌电图等，广泛应用于临床诊断、科学研究和个人生理信号监测、可穿戴设备等领域。
脑电监测是常见的医学诊断方法，通过脑电信号可获得生理、病理信息。脑电测量也可为新兴的可穿戴设备提供重要的信号来源。脑电信号采集装置主要包括支撑体和安装在支撑体上的电极，支撑体起固定电极和准确定位的作用，电极则主要负责监测头部微弱脑电信号。
脑电电极是脑电信号采集装置的关键部件。现有的脑电电极，可分为一体式电极和可拆卸式电极两大类。一体式电极通过固定环或硅胶帽的凹槽将帽体上的电极定位孔周边帽体嵌入其中固定，电极片或电极柱固定在固定环上。这种一体式电极的主要缺点如下：
（1）电极片或电极柱通常由Ag/AgCl粉末压接或Ag片涂覆或涂上AgCl而成，工艺复杂，成本较高；
（2）电极片或电极柱需要固定，通常通过硅胶帽弹性挤压固定，但多次使用电极片或电极柱可能会脱离腔体，或通过环氧等粘结剂固定，工艺复杂；
（3）由于电极片或电极柱会占据导电胶腔的体积，易留下清洗死角，不方便清洗。
可拆卸电极帽设计，一般由固定环和可拆卸的电极头组成，这种设计优点是：可根据测量需要调节的电极的位置和数量，但是由于采用固定环和电极头两部分设计，限制了整个电极高度的设计空间。另外，多次拆卸和安装，电极头与固定环固定及周边的帽体均会出现松动，影响电极帽的使用寿命。
另外，现有电极高度过高，佩戴不舒适，不适合平躺下脑电测量，如功能磁共振（fMRI）、MEG（脑磁图）下的脑电测量。现有的电极采用电极柱和电极片，容易产生了感应电流，对人体不安全，因此不适合EEG-fMRI、EEG-TMS、MEG-EEG同时采集。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种生物电采集装置，其结构合理，采用一体化设计，电极传感层位于空腔内壁和/或底部，工艺简单，降低了成本，无清洗死角，方便清洗；电极传感层为带缺口的环形面，并串有安全电阻，对人体安全，轻薄，佩戴舒适，特别适合EEG-fMRI、EEG-TMS、MEG-EEG联合采集。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括支撑体和安装在支撑体上的电极，以及导联线，所述的支撑体上有电极定位孔；所述的电极包括固定环，所述的固定环中部有一两端开放并联通的导电胶腔；所述的导电胶腔内壁设有电极传感层，所述的电极传感层为带缺口的环形面，所述的电极传感层与导联线连接；所述的固定环外圆柱面上有固定凹槽，用于嵌入所述电极定位孔的周边而固定电极与支撑体。
进一步的技术方案是：
所述的生物电信号采集装置，其导电胶腔内壁为完整的环形面，所述的电极传感层部分覆盖导电胶腔的内壁面，形成带缺口的环形面的电极传感层。
所述的生物电信号采集装置，其导电胶腔内壁为带缺口的环形面，所述的电极传感层覆盖导电胶腔的整个内壁面，形成带缺口的环形面的电极传感层。
所述的生物电信号采集装置，其固定环底部设有电极传感层。
所述的生物电信号采集装置，其电极传感层是通过气相沉积、电化学沉积、化学镀、电镀、喷墨印刷、涂覆中的一种或多种方式将电极传感材料设置在导电胶腔内壁面得到。
所述的生物电信号采集装置，其电极传感材料为银，或银-氯化银混合物，或碳-银混合物，或碳-银-氯化银混合物，或氮化钛-银混合物，或氮化钛-银-氯化银混合物。
所述的生物电信号采集装置，其固定环底部外周设有环形挡圈。
所述的生物电信号采集装置，其固定环底部设有若干凸起。
所述的生物电信号采集装置，其固定环上设有导联线孔，所述的导联线穿过导联线孔后与电极传感层连接。
所述的生物电信号采集装置，其导联线与电极传感层通过焊接连接或导电浆料粘结固定，所述的连接处用绝缘粘结剂密封。
所述的生物电信号采集装置，其固定环高度小于5.0mm。
所述的生物电信号采集装置，其电极传感层和导联线之间串联一个电阻。
所述的生物电信号采集装置，其电阻阻值为5-15KΩ。
所述的生物电信号采集装置，其支撑体为帽体或条带或背心或头盔。
本发明的有益效果是：
本发明采用电极传感层替代电极片或电极柱，无需额外固定，简化了生产加工工艺，降低了成本；电极传感层位于导电胶腔内壁，无清洗死角，方便清洗。
电极传感层带有缺口，电极传感层与导联线之间串联一个安全电阻，避免产生较大的感应电流，可在磁场环境中安全使用，适用于EEG-fMRI、EEG-TMS、MEG-EEG联合采集。
一体化设计，电极整体直接固定在支撑体上，无需安装，能快速、准确定位；电极轻薄，高度可设计在5.0mm以下，佩戴舒适，对支撑体的作用力小，有助于延长支撑体的使用寿命；此外电极底部外周设有环形挡圈，轻薄化同时仍保留较大的导电胶腔，能容纳较多的导电胶，有利于快速降低电极-皮肤阻抗；电极底部还设有若干凸起，防止电极在头皮表面滑动。
附图说明
图1为本发明一实施例的俯视图；
图2为本发明另一实施例侧视方向的剖视图；
图3为本发明又一实施的俯视图；
图4为本发明又一实施侧视方向的剖视图。
各附图标记为：1—支撑体，2—电极，3—导联线，2.1—固定环，2.11—固定凹槽，2.12—注胶孔，2.13—导电胶腔，2.14—导联线保护尾端，2.15—防滑齿，2.16—环形挡圈，2.17—凸起，2.18—缺口，2.19—导联线孔，2.2—电极传感层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例 1：是本发明的一个基本实施例。如图1所示，生物电信号采集装置，包括支撑体1和安装在支撑体1上的电极2，以及导联线3，所述的支撑体1上有电极定位孔，所述的电极2包括固定环2.1，所述的固定环2.1中部有一两端开放并联通的导电胶腔2.13；所述的导电胶腔2.13内壁设有电极传感层2.2，所述的电极传感层2.2为带缺口2.18的环形面，所述的电极传感层2.2与导联线3连接；所述的固定环2.1外圆柱面上有固定凹槽2.11，用于嵌入所述电极定位孔的周边而固定电极2与支撑体1，本发明一体化设计，电极整体直接固定在帽体上，无需安装，能快速、准确定位；采用电极传感层2.2替代电极片或电极柱，无需额外固定，简化了生产加工工艺，降低了成本，无清洗死角，方便清洗；电极传感层为带缺口的环形面，可防止感应电流的产生，保证电极在核磁、磁场环境下使用安全。
实施例 2：是本发明进一步的实施例。与实施例1的不同之处是导电胶腔2.13内壁为完整的环形面，所述的电极传感层2.2部分覆盖导电胶腔2.13的内壁面，形成带缺口的环形面的电极传感层2.2。
实施例 3：是本发明进一步的实施例。如图3、图4所示，与实施例2的不同之处是导电胶腔2.13内壁为带缺口的环形面，所述的电极传感层2.2覆盖导电胶腔2.13的整个内壁面，形成带缺口的环形面的电极传感层2.2。
实施例 4：是本发明进一步的实施例。与实施例1的不同之处是固定环2.1底部和导电胶腔2.13内壁均设有电极传感层2.2。
实施例 5：是本发明进一步的实施例。电极传感层2.2是通过气相沉积、电化学沉积、化学镀、电镀、喷墨印刷、涂覆中的一种或多种方式将电极传感材料设置在导电胶腔2.13内壁面得到。所述的电极传感材料为银，或银-氯化银混合物，或碳-银混合物，或碳-银-氯化银混合物，或氮化钛-银混合物，或氮化钛-银-氯化银混合物。
实施例 6：是本发明进一步的实施例。与实施例1的不同之处是只有导电胶腔2.13内壁设有电极传感层2.2，所述的电极传感层2.2为银，或银-氯化银混合物通过印刷、涂覆而成。
实施例 7：是本发明进一步的实施例。与实施例1的不同之处是仅有固定环2.1底部设有电极传感层2.2。
实施例 8：是本发明进一步的实施例。如图2所示，与实施例1的不同之处是固定环2.1底部外周设有环形挡圈2.16，固定环2.1底部设有若干凸起2.17。
实施例 9：是本发明进一步的实施例。与实施例8的不同之处是仅仅在固定环2.1底部外周设有环形挡圈2.16，轻薄化同时仍保留较大的导电胶腔，可以容纳较多的导电胶，有利于快速降低电极-皮肤阻抗。
实施例 10：是本发明进一步的实施例。与实施例8的不同之处是仅仅在固定环2.1底部设有若干凸起2.17，可以有效防止电极2在头皮表面滑动。
实施例 11：是本发明进一步的实施例。与实施例1的不同之处是固定环2.1上设有容导联线3穿设的导联线孔2.19，所述的导联线3穿过导联线孔2.19后与电极传感层2.2连接。
实施例 12：是本发明进一步的实施例。与实施例1的不同之处是导联线3与电极传感层2.2通过焊接连接，所述的连接处用绝缘粘结剂密封。
实施例 13：是本发明进一步的实施例。与实施例12的不同之处是导联线3与电极传感层2.2通过银浆等导电浆料粘结固定，所述的连接处用环氧树脂等绝缘粘结剂密封。
实施例 14：是本发明进一步的实施例。与实施例1的不同之处是固定环2.1高度小于5.0mm，这样电极2的高度也小于5.0mm。好处是轻薄，高度较低，佩戴舒适，特别适合高密度、睡眠脑电测量。整个电极高度较低，对支撑体的作用力小，有助于延长支撑体的使用寿命。
实施例 15：是本发明进一步的实施例。与实施例1的不同之处是电极传感层2.2和导联线3之间串联一个阻值为5-15KΩ的电阻，进一步降低可能产生的感应电流。电阻阻值大于15KΩ，脑电测量电路的电流太小，影响脑电信号记录的精度；电阻阻值小于5KΩ，降低可能产生的感应的电流效果不明显。
实施例 16：是一个优选的实施例。电极传感层2.2和导联线3之间串联阻值为5 KΩ的电阻。
实施例 17：是一个优选的实施例。电极传感层2.2和导联线3之间串联阻值为10KΩ的电阻。
实施例 18：是一个优选的实施例。电极传感层2.2和导联线3之间串联阻值为15KΩ的电阻。
实施例 19：是进一步的实施例。支撑体1可以是帽体、可以是条带、也可以是背心或头盔，方便穿戴，所述的固定环2.1还设有导联线保护尾端2.14，导联线保护尾端2.14两侧设有防滑齿2.15，方便安装和调节电极2，所述的电极2上设有激光打印的标识，美观且不易脱落。
实施例 20：是进一步的实施例。固定环2.1上开设有不大于导电胶腔2.13内径的注胶孔2.12。大注胶孔方便注入导电胶和皮肤预处理，也便于观察导电胶与头皮接触情况。
进一步，支撑体1为弹性复合面料制成，优选高弹复合潜水衣用料。
更进一步，固定环2.1为耐磨、韧性高分子材料制成，优选耐磨、韧性聚丙烯PP，或热塑性聚氨酯TUP，或柔性硅橡胶制成。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，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。

Claims (14)

1.生物电信号采集装置，包括支撑体（1）和安装在支撑体（1）上的电极（2），以及导联线（3），所述的支撑体（1）上有电极定位孔，其特征在于：所述的电极（2）包括固定环（2.1），所述的固定环（2.1）中部有一两端开放并联通的导电胶腔（2.13）；所述的导电胶腔（2.13）内壁设有电极传感层（2.2），所述的电极传感层（2.2）为带缺口（2.18）的环形面，所述的电极传感层（2.2）与导联线（3）连接；所述的固定环（2.1）外圆柱面上有固定凹槽（2.11），用于嵌入所述电极定位孔的周边而固定电极（2）与支撑体（1）。
2.根据权利要求1所述的生物电信号采集装置，其特征在于，所述的导电胶腔（2.13）内壁为完整的环形面，所述的电极传感层（2.2）部分覆盖导电胶腔（2.13）的内壁面，形成带缺口的环形面的电极传感层（2.2）。
3.根据权利要求1所述的生物电信号采集装置，其特征在于，所述的导电胶腔（2.13）内壁为带缺口的环形面，所述的电极传感层（2.2）覆盖导电胶腔（2.13）的整个内壁面，形成带缺口的环形面的电极传感层（2.2）。
4.根据权利要求1所述的生物电信号采集装置，其特征在于，所述的固定环（2.1）底部设有电极传感层（2.2）。
5.根据权利要求1所述的生物电信号采集装置，其特征在于，所述的电极传感层（2.2）是通过气相沉积、电化学沉积、化学镀、电镀、喷墨印刷、涂覆中的一种或多种方式将电极传感材料设置在导电胶腔（2.13）内壁面得到。
6.根据权利要求5所述的生物电信号采集装置，其特征在于，所述的电极传感材料为银，或银-氯化银混合物，或碳-银混合物，或碳-银-氯化银混合物，或氮化钛-银混合物，或氮化钛-银-氯化银混合物。
7.根据权利要求1所述的生物电信号采集装置，其特征在于，所述的固定环（2.1）底部外周设有环形挡圈（2.16）。
8.根据权利要求1所述的生物电信号采集装置，其特征在于，所述的固定环（2.1）底部设有若干凸起（2.17）。
9.根据权利要求1所述的生物电信号采集装置，其特征在于，所述的固定环（2.1）上设有导联线孔（2.19），所述的导联线（3）穿过导联线孔（2.19）后与电极传感层（2.2）连接。
10.根据权利要求1所述的生物电信号采集装置，其特征在于，所述的导联线（3）与电极传感层（2.2）通过焊接连接或导电浆料粘结固定，所述的连接处用绝缘粘结剂密封。
11.根据权利要求1所述的生物电信号采集装置，其特征在于，所述的固定环（2.1）高度小于5.0mm。
12.根据权利要求1所述的生物电信号采集装置，其特征在于，所述的电极传感层（2.2）和导联线（3）之间串联一个电阻。
13.根据权利要求12所述的生物电信号采集装置，其特征在于，所述的电阻阻值为5-15KΩ。
14.根据权利要求1至13任意一项所述的生物电信号采集装置，其特征在于，所述的支撑体（1）为帽体或条带或背心或头盔。
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