CN106923816A

CN106923816A - 一种具有弹性电缆的生物电电极

Info

Publication number: CN106923816A
Application number: CN201710140018.5A
Authority: CN
Inventors: 段晏文; 李明哲; 李广利
Original assignee: GREENTEK Corp
Current assignee: GREENTEK Corp
Priority date: 2017-03-10
Filing date: 2017-03-10
Publication date: 2017-07-07

Abstract

本发明公开了一种具有弹性电缆的生物电电极，包括电极，以及连接电极的弹性电缆；所述电极包括绝缘衬底和设置在该绝缘衬底上的电极构件；所述的弹性电缆包括固定在绝缘基层上的导电芯线层，以及覆盖在导电芯线层上的绝缘覆盖层；所述的绝缘衬底与绝缘基层连接，导电芯线层与电极连接；所述的弹性电缆为弹性伸缩弯曲型的弹性电缆，或为弹性套型的弹性电缆。本发明优点是，能满足不同个体的生物电监测的需求，能更好地贴合皮肤，保持电极与皮肤接触稳定，从而维持高质量的信号采集，并且结构简单，方便加工，使用方便，成本低。

Description

一种具有弹性电缆的生物电电极

技术领域

本发明涉及一种具有弹性电缆的生物电电极，属于生物电电极领域，主要用于生物电信号的采集、传输，广泛应用于脑状态监测、麻醉深度监测、大脑意识评估、脑损伤评价、脑-机接口等应用领域。

背景技术

临床上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记录，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。脑电（EEG）是一种常见的生物电信号，它利用大脑活动的神经电位特征测量脑部电信号的变化来获得大脑功能信息，其优势是时间分辨率高。EEG主要可分为侵入式EEG 和非侵入式EEG两种。侵入式EEG 虽然空间分辨率高，但对被试有损伤，难于实用化。因此非侵入式EEG目前应用最为广泛。非侵入EEG将电极置于头皮表面，头皮上电极与大脑皮层表面之间存在着脑脊液、硬膜、颅骨、头皮等多种组织，电极记录到的是电极下直径4cm 左右范围神经电活动的综合。毫无疑问，电极是脑电采集的关键部件。

现有脑电采集主要使用盘状电极和脑电电极帽，盘状电极需要逐个用导电膏进行固定，耗时繁琐，而且记录过程中易出现电极脱落。电极帽通过将电极固定到帽体上，方便佩戴，但往往需要多个尺寸的电极帽，以满足不同个体的信号采集。近年来，也有用贴片电极进行脑电信号采集。现有的贴片电极一般采用非弹性的材料如聚丙烯酰胺（PI）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）材料，导线线缆采用直线型印刷，因此导电线路无法弹性伸缩。由于不同个体头型不同，所以同一尺寸的柔性电极也很难能满足不同个体的记录需求。因此难免会出现与皮肤贴合过松或过紧的现象，从而导致与皮肤接触不好或不舒适，直接影响信号采集的质量。

随着智能穿戴时代的来临，基于心电、肌电、脑电可穿戴设备逐步走向民用，这也要求电极能够适合多个个体的信号采集。因此，亟需发展能同时满足不同个体（不同头围大小、手腕粗细等）需求的电极，即可弹性收缩的生物电电极。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种具有弹性电缆的生物电电极，能满足不同个体的生物电监测需求，能更好地贴合皮肤，保持电极与皮肤接触稳定，从而维持高质量的信号采集，并且结构简单，方便加工，使用方便，成本低。

本发明的技术方案是：

一种具有弹性电缆的生物电电极，包括电极，以及连接电极的弹性电缆；所述的电极包括绝缘衬底和设置在在该绝缘衬底上的电极构件；所述的弹性电缆包括固定在绝缘基层上的导电芯线层，以及覆盖在导电芯线层上的绝缘覆盖层；所述的绝缘衬底与绝缘基层连接，导电芯线层与电极连接；所述的弹性电缆为弹性伸缩弯曲型的弹性电缆，或为弹性套型的弹性电缆。

进一步的技术方案是：

所述的具有弹性电缆的生物电电极，所述的电极的电极构件包括印刷在绝缘衬底上的传感层和以该传感层为底的电极腔；所述的传感层与导电芯线层电连接，或为一次印制成型的整体。

所述的具有弹性电缆的生物电电极，所述的导电芯线层是导电浆料经丝网印刷在柔性材料制成的绝缘基层上；所述的绝缘覆盖层是光固化树脂层。

所述的具有弹性电缆的生物电电极，其弹性伸缩弯曲型的弹性电缆是导电芯线层和绝缘基层，以及绝缘覆盖层构成整体后盘整成螺旋线形弹性电缆，或弯曲成近似多个“U”字正倒连成一体的平面曲线形弹性电缆。

所述的具有弹性电缆的生物电电极，其弹性套型的弹性电缆是导电芯线层和绝缘基层，以及绝缘覆盖层构成整体后套上具有保护作用的弹性套，绝缘基层通过固定件与弹性套内壁连接。

所述的具有弹性电缆的生物电电极，所述的绝缘基层材料为无纺布，或硅胶，或弹性纤维，或弹性织物。

所述的具有弹性电缆的生物电电电极，所述的传感层是以导电浆料经丝网印刷在绝缘衬底上；所述的电极腔为粘结在绝缘衬底上的胶垫中部镂空的以传感层为底的空腔；所述胶垫与绝缘衬底相粘结的相对面是与生物体皮肤粘结面。

所述的具有弹性电缆的生物电电极，所述的电极为湿电极，电极腔内填充导电介质。

所述的具有弹性电缆的生物电电极，所述的导电介质含有磨砂粒子。

所述的具有弹性电缆的生物电电极，所述的电极腔内设有柔性齿圈和泡棉，导电介质填充于柔性齿圈与泡棉之间。

所述的具有弹性电缆的生物电电极，所述的电极为干电极，电极腔内有柔性导电体。

所述的具有弹性电缆的生物电电极，所述的柔性导电体为表面涂覆有导电浆料的柔性齿圈，或导电泡沫。

所述的具有弹性电缆的生物电电极，所述的导电浆料为银浆，氯化银浆，碳浆，石墨烯浆它们中的一种或多种复合浆料。

所述的具有弹性电缆的生物电电极，所述的导电芯线层和传感层为银浆，和/或氯化银浆制成。

本发明的有益效果显著：

1、弹性伸缩弯曲型的弹性电缆3a，以及弹性套型的弹性电缆3b，能满足不同个体的生物电监测的需求，更好地贴合皮肤，保持电极与皮肤接触稳定，从而维持高质量的信号采集。

2、弹性伸缩弯曲型的弹性电缆3a，在使用时可以逐步拉直，能有效避免因拉伸出现电缆变细而造成断缆的情况发生。

3、弹性套型的弹性电缆3b是导电芯线层和绝缘基层，以及绝缘覆盖层构成整体后套上具有保护作用的弹性套，使弹性电缆能极好地排除外力损坏。

4、泡棉可以吸收并保持导电介质。

5、柔性齿圈的齿可穿过泡棉，轻轻按压即可磨砂去除皮肤角质层，无需额外的皮肤预处理，就能快速降低电极阻抗，提高信号质量。

6、电极为干电极时，无需导电介质，结构简单，方便加工，使用方便，成本更低。

附图说明

图1为本发明的生物电电极一个实施例示意图。本实施例弹性伸缩弯曲型的弹性电缆3a为近似多个“U”字正倒连成一体的平面曲线形弹性电缆3a₁，图中所示为收缩状态。

图2为图1生物电电极的弹性电缆处于拉伸状态示意图。

图3为本发明的生物电电极另一个实施例示意图。本实施例弹性伸缩弯曲型的弹性电缆3a为螺旋线形弹性电缆3a₂，图中所示为收缩状态。

图4为本发明的生物电电极另一个实施例示意图。本实施例弹性电缆3为弹性套型的弹性电缆3b，为柔性可以弯折的弹性电缆。

图5为本发明的生物电电极电极部分的示意图。本实施例电极包括传感层和胶垫，电极腔内依次设有柔性齿圈、导电介质和泡棉。

图中，各附图标记名称为：1—绝缘衬底，2—电极，2.1—传感层，2.2—胶垫，2.3—柔性齿圈，2.4—导电介质，2.5—泡棉，2.6—透气槽，2.7—电极腔，3—弹性电缆，3a—弹性伸缩弯曲型的弹性电缆，3a₁—平面曲线形弹性电缆，3a₂—螺旋线形弹性电缆，3b—弹性套型的弹性电缆，3.1—绝缘基层，3.2—导电芯线层，3.3—绝缘覆盖层，4—弹性套，5—固定件，6—支撑托垫。

具体实施方式

以下结合附图和实施例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—5所示，一种具有弹性电缆的生物电电极，包括电极2，以及连接电极2的弹性电缆3；所述的电极2包括绝缘衬底1和设置在在该绝缘衬底1上的电极构件；所述的弹性电缆3包括固定在绝缘基层3.1上的导电芯线层3.2，以及覆盖在导电芯线层3.2上的绝缘覆盖层3.3；所述的绝缘衬底1与绝缘基层3.1连接，导电芯线层3.2与电极2连接；所述的弹性电缆3为弹性伸缩弯曲型的弹性电缆3a，或为弹性套型的弹性电缆3b。优点是：能满足不同个体的需求，适合不同头围大小，不同粗细的手腕等。如图2所示，弹性电缆3为弹性伸缩弯曲型的弹性电缆3a，电极可以适当拉伸；如图1、3所示，当个体头围较小时，弹性电缆3则可以收缩。拉伸或收缩是为保持电极2与不同个体的皮肤接触稳定，使电极2能更好地贴合皮肤，保持电极2与皮肤接触稳定。现有技术的电缆不具有柔性，不能拉伸或收缩，容易出现与皮肤贴合过松或过紧的现象，从而导致与皮肤接触不好或不舒适。如图4所示，是弹性套型的弹性电缆3b，因具有起保护作用的弹性套4，故可防止弹性电缆因外部因素如外力的损伤和破坏。

实施例2：是实施例1的进一步实施例。如图5所示，所述的电极2的电极构件包括印刷在绝缘衬底1上的传感层2.1和以该传感层2.1为底的电极腔2.7；所述的传感层2.1与导电芯线层3.2电连接，或为一次印制成型的整体。所述的导电芯线层3.2是导电浆料经丝网印刷在柔性材料制成的绝缘基层3.1上；所述的绝缘覆盖层3.3是光固化树脂层。

实施例3：是实施例2的进一步实施例。如图1、2所示，弹性电缆3是弹性伸缩弯曲型的弹性电缆3a，它是导电芯线层3.2和绝缘基层3.1，以及绝缘覆盖层3.3构成整体后弯成近似多个“U”字正倒连成一体的平面曲线形弹性电缆3a₁。图1是收缩时的应用状态，图2是拉伸时的应用状态。本实施例优点：能满足不同个体的生物电监测的需求，更好地贴合皮肤，保持电极与皮肤接触稳定，从而维持高质量的信号采集。在使用时可以逐步拉直，能有效避免因拉伸出现弹性电缆变细而造成断缆的情况发生。

实施例4：是实施例2的另一个进一步实施例。如图3所示，弹性电缆3是弹性伸缩弯曲型的弹性电缆3a，它是导电芯线层3.2和绝缘基层3.1，以及绝缘覆盖层3.3构成整体后盘成螺旋线形弹性电缆3a₂。图3是收缩时的应用状态，也可以拉伸。本实施例优点：能满足不同个体的生物电监测的需求，更好地贴合皮肤，保持电极与皮肤接触稳定，从而维持高质量的信号采集。在使用时可以逐步拉直，能有效避免因拉伸出现弹性电缆3a变细而造成断缆的情况发生。

实施例5：是实施例2的另一个进一步实施例。如图4所示，弹性电缆3是弹性套型的弹性电缆3b，它是导电芯线层3.2和绝缘基层3.1，以及绝缘覆盖层3.3构成整体后套上具有保护作用的弹性套4，绝缘基层3.1通过固定件5与弹性套4内壁连接。本实施例优点：弹性电缆3b，因具有起保护作用的弹性套4，故可防止弹性电缆因外部因素如外力的损伤和破坏。所述的固定件5可以为粘结剂粘结，或缝线等。所述的弹性套4可以为具有柔性的夹层，可以保护好弹性电缆。弹性套4可为弹性条带、弹性腕带。如图4所示，电极2的绝缘衬底1底部还可以有支撑托垫6。

实施例6：是本发明进一步的实施例。如图5所示，所述的具有弹性电缆的生物电电极，绝缘基层3.1材料为无纺布，或硅胶，或弹性纤维，或弹性织物，优选抗菌无纺布。所述的传感层2.1是以导电浆料经丝网印刷在绝缘衬底1上；所述的电极腔2.7为粘结在绝缘衬底1上的胶垫2.2中部镂空的以传感层2.1为底的空腔；所述胶垫2.2与绝缘衬底1相粘结的相对面是与生物体皮肤粘结面。所述的电极2为湿电极，电极腔2.7内填充导电介质2.4。当作为一次性耗材使用时，导电介质可以预置于电极腔内，方便使用。所述的导电介质可以是膏状，如导电膏，或半液态状，如导电胶或导电凝胶。导电介质2.4优选为含有磨砂粒子的导电介质，这样可以通过轻轻按压，即可达到磨砂去除皮肤角质层的效果，无需额外的皮肤预处理。

实施例7：是本发明进一步的实施例。所述的电极腔2.7内设有柔性齿圈2.3和泡棉2.5，导电介质2.4填充于柔性齿圈2.3与泡棉2.5之间。该泡棉2.5可以更好地保持和吸收导电介质2.4，尤其当导电介质2.4为半液态状，导电介质不易挥发和流失，这样一方面可以避免长时间记录导电介质流失引起阻抗增加，从而维持信号质量稳定；另一方面，可以延长电极的储存时间，延长有效期限。使用时，用手轻轻按压电极，柔性齿圈的齿能穿过泡棉2.5，从而磨砂皮肤以去除皮肤角质层，无需额外的皮肤预处理，就能快速降低电极-皮肤阻抗，提高了脑电信号质量。一般来说，只需轻微按压几下，电极-皮肤阻抗就能迅速降至5 kΩ，对于阻抗高的个体，按住电极旋转几下也能快速降低阻抗。而现有电极为获得高质量的脑电信号质量，往往需要进行额外的皮肤预处理。需要指出的是所述的柔性齿圈可用柔性齿垫代替，所述的柔性齿垫由多孔的垫表面和柔性齿组成，所述的导电介质可以穿透多孔的垫表面，从而与传感层联通。

实施例8：是本发明进一步的实施例。所述的具有弹性电缆的生物电电极，所述的电极2为干电极，电极腔2.7内有柔性导电体。这种干电极，结构简单，方便加工，使用方便，无需导电介质，成本更低。所述的柔性导电体为表面涂覆有导电浆料的柔性齿圈，或导电泡沫；该导电泡沫可以舒适贴合皮肤，适合长程脑电监测和皮肤娇嫩的婴幼儿。所述的导电浆料为银浆，氯化银浆，碳浆，石墨烯浆它们中的一种或多种复合浆料，优选银浆（银油墨）、银/氯化银浆（银/氯化银油墨）。所述的导电芯线层3.2和传感层2.1为银浆，和/或氯化银浆制成；银浆即为银油墨、银/氯化银浆即为银/氯化银油墨，印刷工艺优选丝网印刷，这样导电芯线层3.2具有良好的导电性，而电极具有优异的非极化性能，从而保证信号记录稳定、可靠。此外，采用印刷工艺如丝网印刷，可以大规模生产加工。所述的泡棉2.5上还可以覆盖保护膜，延长储存时间。使用时，撕开保护膜，粘贴在皮肤表面即可。所述的传感层2.1的形状可以根据需要灵活选择。所述的电极还可以构成阵列，电极2至少为3个，其中参考电极和地电极各一个，其余为记录电极。电极2的绝缘衬底1上可设有电极标识，便于识别和定位。

本发明上述实施例仅为示范性的进一步说明本发明的技术方案、原理及应用和功效等，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。也就是，本发明的权利要求保护范围不限于上述实施例。

Claims

1.一种具有弹性电缆的生物电电极，其特征在于，包括电极（2），以及连接电极（2）的弹性电缆（3）；所述的电极（2）包括绝缘衬底（1）和设置在在该绝缘衬底（1）上的电极构件；所述的弹性电缆（3）包括固定在绝缘基层（3.1）上的导电芯线层（3.2），以及覆盖在导电芯线层（3.2）上的绝缘覆盖层（3.3）；所述的绝缘衬底（1）与绝缘基层（3.1）连接，导电芯线层（3.2）与电极（2）连接；所述的弹性电缆（3）为弹性伸缩弯曲型的弹性电缆（3a），或为弹性套型的弹性电缆（3b）。

2.根据权利要求1所述的具有弹性电缆的生物电电极，其特征在于，所述的电极（2）的电极构件包括印刷在绝缘衬底（1）上的传感层（2.1）和以该传感层（2.1）为底的电极腔（2.7）；所述的传感层（2.1）与导电芯线层（3.2）电连接，或为一次印制成型的整体。

3.根据权利要求1或2所述的具有弹性电缆的生物电电极，其特征在于，所述的导电芯线层（3.2）是导电浆料经丝网印刷在柔性材料制成的绝缘基层（3.1）上；所述的绝缘覆盖层（3.3）是光固化树脂层。

4.根据权利要求3所述的具有弹性电缆的生物电电极，其特征在于，弹性伸缩弯曲型的弹性电缆（3a）是导电芯线层（3.2）和绝缘基层（3.1），以及绝缘覆盖层（3.3）构成整体后盘成螺旋线形弹性电缆（3a₂），或弯成近似多个“U”字正倒连成一体的平面曲线形弹性电缆（3a₁）。

5.根据权利要求3所述的具有弹性电缆的生物电电极，其特征在于，弹性套型的弹性电缆（3b）是导电芯线层（3.2）和绝缘基层（3.1），以及绝缘覆盖层（3.3）构成整体后套上具有保护作用的弹性套（4），绝缘基层（3.1）通过固定件（5）与弹性套（4）内壁连接。

6.根据权利要求1所述的具有弹性电缆的生物电电极，其特征在于，所述的绝缘基层（3.1）材料为无纺布，或硅胶，或弹性纤维，或弹性织物。

7.根据权利要求2所述的具有弹性电缆的生物电电电极，其特征在于，所述的传感层（2.1）是以导电浆料经丝网印刷在绝缘衬底（1）上；所述的电极腔（2.7）为粘结在绝缘衬底（1）上的胶垫（2.2）中部镂空的以传感层（2.1）为底的空腔；所述胶垫（2.2）与绝缘衬底（1）相粘结的相对面是与生物体皮肤粘结面。

8.根据权利要求2或7所述的具有弹性电缆的生物电电极，其特征在于，所述的电极（2）为湿电极，电极腔（2.7）内填充导电介质（2.4）。

9.根据权利要求8所述的具有弹性电缆的生物电电极，其特征在于，所述的导电介质（2.4）含有磨砂粒子。

10.根据权利要求8所述的具有弹性电缆的生物电电极，其特征在于，所述的电极腔（2.7）内设有柔性齿圈（2.3）和泡棉（2.5），导电介质（2.4）填充于柔性齿圈（2.3）与泡棉（2.5）之间。

11.根据权利要求2或7所述的具有弹性电缆的生物电电极，其特征在于，所述的电极（2）为干电极，电极腔（2.7）内有柔性导电体。

12.根据权利要求11所述的具有弹性电缆的生物电电极，其特征在于，所述的柔性导电体为表面涂覆有导电浆料的柔性齿圈（2.3），或导电泡沫。

13.根据权利要求3或7所述的具有弹性电缆的生物电电极，其特征在于，所述的导电浆料为银浆，氯化银浆，碳浆，石墨烯浆它们中的一种或多种复合浆料。

14.根据权利要求2所述的具有弹性电缆的生物电电极，其特征在于，所述的导电芯线层（3.2）和传感层（2.1）为银浆，和/或氯化银浆制成。