CN107440715A - 一种生物电信号采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物电信号采集装置，包括脑电传感器和脑电放大器，所述的脑电传感器包括固定件、电极、套筒和离子导电体；所述的固定件内壁设有电极，且其中部设有通孔；所述的离子导电体为含有电解质溶液的固定成型的整体；所述的套筒上设有离子导电体；当套筒插入固定件通孔并卡接于固定件上时，所述的离子导电体与电极挤压接触，所述的电极与外电路连接，从而形成生物电信号测量回路。本发明优点是：装置结构合理，内置离子导电体的套筒与固定件卡接的同时，离子导电体与连接外电路的电极挤压接触，连接稳定，信号基线平稳且信号质量高。

Description

一种生物电信号采集装置

技术领域

本发明涉及一种生物电信号采集装置，广泛用于生物电记录、测量和刺激，包括医疗设备、移动设备、家庭保健、心理认知、游戏、脑-机接口、康复训练及神经营销等。

背景技术

随着科学技术的发展，生物电信号（如脑电、心电、肌电等）采集已经广泛应用于各种神经系统疾病的监测诊断，以及生物电反馈的康复设备。脑电信号采集还是认知心理研究的一个重要实验手段。生物电信号传感器是生物电采集装置的关键部件，将采集到的生物电信号经导线传递给放电器、计算机等设备进行放大、运算处理。生物电信号传感器是生物电信号采集的关键部件。

脑电是一种常见的生物电信号，信号微弱，一般为微伏级。脑电信号的传递是在生物体的细胞间液（电解质）中进行的，实质上是微弱的离子电信号在电解质的传递。由于人体皮肤角质层和毛发导电性很差，脑电电极与人体皮肤（毛发）之间阻抗过大，而且接触不稳定，脑电信号经过电极和人体皮肤界面会出现较大的衰减，直接影响脑电信号的采集。为对脑电进行精确测量又不用侵入皮下式电极，就有了导电糊、导电胶等产品的应用，以提供电解液的环境，形成离子导电通道。导电胶或导电糊等产品帮助生物电从体内传播到测量的电极，在电极和皮肤间形成一个良好的离子导体界面，将体内的微弱的离子电信号转换成电子电信号以供测量。这种在电极与皮肤之间涂覆导电胶或导电糊的方法，就是目前广泛应用的湿电极技术。湿电极虽然可以降低电极与皮肤之间的阻抗，获取精确的脑电信号，但存在以下缺点：需要专业协助，且准备过程繁琐、耗时；导电膏会弄脏头发，引起被试不舒适。湿电极的上述缺点直接影响其应用于可穿戴设备等新兴脑电应用。

为克服湿电极的上述缺点，近年来人们一直探索发展新的电极技术，即无需涂覆导电膏的电极技术，即无胶电极技术。这类新的电极技术主要在两个方向上进行探索：一是不使用任何外加电解质，即干电极技术。干电极具有无胶、快速安放等优点，但电极与皮肤界面不稳定，因此阻抗高且不稳定，信号质量较差。另一思路是半干电极技术，即使用微量的电解质替代导电膏，如使用多孔陶瓷、泡棉、凝胶等材料吸收电解质，接触皮肤并缓慢释放微量电解质，从而维持稳定的电极-皮肤表面，提高信号质量。

与本发明最接近的现有技术为CN 205181340 U，公布了一种半干电极传感器概念，所述的传感器通过榫槽结构与固定件连接；固定件为圆环形，或块形，其一个平面上有开口指向中部通孔圆心的定位槽，传感器位于固定件的中部通孔中，传感器外周上对称设置有与定位槽相匹配吻合的定位凸榫，该定位凸榫与定位槽卡接；定位槽上设有与外电路导线联通的电连接件，该电连接件与定位凸榫上固定的导电片接联通，导电片与传感器中的电极电连接。这种传感器的优点是：传感器为独立的配件，通过电连接件与外电路连接，导线预先固定在支撑体上，传感器安装、拆卸、更换快速方便，同一套传感器可在多个支撑体上使用，提高利用率，大大降低了导线的损坏。但仍具有以下缺点：电连接体连接件长期使用，不可避免地与电解质接触，容易磨损和腐蚀，从而影响电极与外电路的导通性能，影响脑电信号采集。

发明内容

本发明目的在于，克服现有技术因电子导体连接组件磨损和腐蚀造成电极与外电路不导通问题，提供一种生物电信号采集装置，该装置结构合理，离子导电体与连接外电路的电极挤压接触，同时能有效地接触到头皮，并且又能实现离子导电体的快速安装、拆卸。

本发明提供的生物电信号采集装置的技术方案是：

一种生物电信号采集装置，包括脑电传感器和脑电放大器，所述的脑电传感器包括固定件、电极、套筒和离子导电体；所述的固定件内壁设有电极，且其中部设有通孔；所述的离子导电体为含有电解质溶液的固定成型的整体；所述的套筒设有离子导电体；当套筒插入固定件通孔并卡接于固定件上时，所述的离子导电体与电极挤压接触，同时可以有效接触头皮，所述的电极与外电路连接，从而形成生物电信号测量回路。

进一步的技术方案是：

所述的生物电信号采集装置，其套筒空腔内至少设有一个缺口，以使离子导电体露出。

所述的生物电信号采集装置，其套筒空腔无缺口，所述的离子导电体整体从空腔内伸出。

所述的生物电信号采集装置，其套筒下端为实心柱，离子导电体套在实心柱表面；当套筒与固定件卡接时，至少一个实心柱表面的离子导体与电极挤压接触。

所述的生物电信号采集装置，其电极为电极片，所述的电极片两端镶嵌于固定件的两端；当套筒卡接于固定件时，所述的离子导电体从空腔内壁至少一个缺口露出并与至少一个电极片挤压接触。

所述的生物电信号采集装置，其电极为电极柱，其一端嵌入或粘结于固定件内壁，另一端朝向固定件内；所述的离子导电体从空腔内壁至少一个缺口露出，并与至少一个电极柱挤压接触。

所述的生物电信号采集装置，其电极为电极柱，数目为1个，位于固定内壁下端；当套筒卡接于固定件时，所述的离子导电体从空腔伸出端与电极柱挤压接触。

所述的生物电信号采集装置，其电极为电极柱，数目为多个；或均匀等高地排布于固定件内壁下端，当套筒卡接于固定件时，所述的离子导电体从空腔伸出段与多个电极柱挤压接触；或均匀非等高排布于固定件内壁下端，当套筒卡接于固定件时，所述的离子导电体伸出端交错与多个电极挤压接触。

所述的生物电信号采集装置，其电极为电极片；当套筒卡接于固定件时，所述的离子导电体从空腔伸出段与至少一个电极片挤压接触。

所述的生物电信号采集装置，其电极片为两个平行排布的电极片，电极片的间距小于离子导电体的半径；或所述的电极片为三个及以上，组成正多边形，其内切圆半径小于离子导电体的半径。

所述的生物电信号采集装置，其电极为电极丝或/和电极丝团，其暴露在固定件内壁表面；当套筒卡接于固定件时，所述的离子导电体从空腔伸出段与电极丝或/和电极丝团接触。

所述的生物电信号采集装，其套筒下端设有多个实心柱，每个实心柱套有离子导电体。

所述的生物电信号采集装置，其离子导电体固定于空腔内部，或直接插于空腔内。

所述的生物电信号采集装置，其离子导体体为吸满电解质溶液的水凝胶、吸水纤维，海绵，泡棉、多孔陶瓷的一种，或者它们的组合。

本发明有益效果显著：

1.本发明提供的生物电信号采集装置，内置离子导电体的套筒与固定件卡接的同时，离子导电体与连有外电路的电极挤压接触，与现有技术相比，有效避免了因电子导体连接件磨损或腐蚀造成不导通问题，通过挤压接触，离子导电体与电极接触稳定，信号基线平稳且信号质量高。

2.本发明提供的生物电信号采集装置，内置离子导电体的套筒为独立配件，安装拆卸快速方便，既可以作为一次性耗材，也又能重复多次使用。还可根据实际测量导数的需要灵活安装，内置离子导电体的套筒的数目和位置可以调整，同一支撑体只需通过调整安放位置和数目就可满足不同应用的要求。此外，安装前可以通过固定件的中部通孔预处理头皮和拨开头发，以达到满意的记录效果。

3.本发明提供的生物电信号采集装置，离子导电体与位于固定件内壁下端的电极片或电极柱接触，电极离头皮较近，缩短了离子导电通路，提高了信噪比。此外，固定件内壁下端的离子导电体内的电解质最后干涸，在一定程度上也延长了信号记录时间。

附图说明

图1为生物电信号采集装置的固定件的示意图。

图2为生物电信号采集装置的套筒的示意图。

图3为生物电信号采集装置的内置离子导电体的套筒示意图。

图4为生物电信号采集装置内置离子导电体与固定件卡接的同时，离子导电体与电极挤压接触的示意图。

图中：1-固定件；1.1-定位槽；1.2-指把手；2-电极；2.1-电极片；3-套筒；3.1-定位凸榫；4-离子导电体；5-缺口。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明：

实施例1：是本发明一个基本实施例。如图1-4所示，一种生物电信号采集装置，包括脑电传感器和脑电放大器，所述的脑电传感器包括固定件1、电极2、套筒3和离子导电体4；所述的固定件1内壁设有电极2，其中部设有通孔；所述的离子导电体4为含有电解质溶液的固定成型的整体；所述的套筒3上设有离子导电体4；当套筒3插入固定件通孔并卡接于固定件1上时，所述的离子导电体4与电极2挤压接触，所述的电极与外电路连接，从而形成生物电信号测量回路。

与现有技术相比，本发明提供的生物电信号采集装置，内置离子导电体的套筒与固定件卡接的同时，离子导电体与连有外电路的电极挤压接触，有效避免了因电连接件磨损或腐蚀造成不导通问题，通过挤压接触，离子导电体与电极接触稳定，信号基线平稳且信号质量高。同时内置离子导电体的套筒为独立配件，安装拆卸快速方便，既可以作为一次性耗材（用于急诊室等临床场所），也又能重复多次使用（普通生物电信号记录）。还可根据需要灵活安装，内置离子导电体的套筒的数目和位置可以调整，同一支撑体只需通过调整安放位置和数目就可满足不同应用的要求。此外，安装前可通过固定件的中部通孔预处理皮肤和拨开头发，以达到满意的记录效果。

实施例2：是进一步的实施例。如图2所示，所述的套筒的空腔内置离子导电体4，且至少设有一个缺口5，以使离子导电体4露出。当所述的套筒空腔无缺口，所述的离子导电体整体从空腔内伸出，则为等同的实施例。当套筒下端为实心柱，离子导电体套在实心柱表面，当套筒与固定件卡接时，至少一个实心柱表面的离子导体与电极挤压接触，则是另一等同的实施例。

实施例3：是进一步的实施例。所述的电极为电极片，所述的电极片两端镶嵌于固定件的两端，从而将固定件分割成弓形的腔体，从而轻微挤压电极片，与连接外电路的电极形成稳定的接触；当套筒卡接于固定件时，所述的离子导电体从空腔内壁至少一个缺口露出并与至少一个电极片挤压接触。

实施例4：是进一步的实施例。所述的电极为电极柱，其一端嵌入或粘结于固定件内壁，另一端朝向固定件内；所述的离子导电体从空腔内壁至少一个缺口露出，并与至少一个电极柱挤压接触。

实施例5：是进一步的实施例。所述的电极为电极柱，数目为1个，位于固定内壁下端。当套筒卡接于固定件时，所述的离子导电体从空腔伸出端与电极柱挤压接触。优点是离子导电体与电极接触位点离头皮较近，缩短了离子导电通路，提高了信噪比。此外，固定件内壁下端的离子导电体内的电解质最后干涸，在一定程度上也延长了信号记录时间。

实施例6：是进一步的实施例。所述的电极为电极柱，数目为多个，均匀等高地排布于固定件内壁下端。套筒卡接于固定件时，所述的离子导电体从空腔伸出段与多个电极柱挤压接触。优点是增大了接触面积，降低了电极-皮肤阻抗。只要有一个电极柱接触加好，就能实现导通，增加记录的稳定性。此外，离子导电体与电极接触位点离头皮较近，缩短了离子导电通路，提高了信噪比。固定件内壁下端的离子导电体内的电解质最后干涸，在一定程度上也延长了信号记录时间。

当电极为电极柱，数目为多个，均匀非等高排布于固定件内壁下端，当套筒卡接于固定件时，所述的离子导电体伸出端交错与多个电极挤压接触，则为另外的实施例。优点是：交错接触，离子导电体与电极接触更加稳定。同时还增加了接触面积，降低了电极-皮肤阻抗。只要有一个电极柱接触加好，就能实现导通，增加记录的稳定性。

实施例7：是进一步的实施例。所述的电极为电极片，当套筒卡接于固定件时，所述的离子导电体从空腔伸出段与至少一个电极片挤压接触。

实施例8：是进一步的实施例。所述的电极片为两个平行排布的电极片，电极片的间距略小于离子导电体的半径，这样通过轻微的挤压，就能实现与连接外电路的电极稳定接触，同时又避免挤压过分，内部的电解质溶液快速耗散，从而造成皮肤表面电解质累积过多，引起被试的不舒适。当所述的电极片为三个及以上，组成正多边形（如正三角形、菱形、正五边形等），其内切圆半径小于离子导电体的半径，这样既实现与连接外电路的电极稳定接触，避免挤压过分，内部的电解质溶液快速耗散，从而造成皮肤表面电解质累积过多，引起被试的不舒适；还增大了离子导电体与电极片的接触面积，有利于降低电极-皮肤阻抗；同时也提高了接触的稳定性。

实施例9：是进一步的实施例。所述的电极为电极丝或/和电极丝团，其暴露在固定件内壁表面；当套筒卡接于固定件时，所述的离子导电体从空腔伸出段与电极丝或/和电极丝团接触，这样增加离子导电体与电极接触的可靠性。

实施例10：是进一步的实施例。所述的套筒下端设有多个实心柱，每个实心柱套有离子导电体。优点是多个实心柱能像梳子般穿透稠密的头发，更好地维持电极与头皮接触，提高信号采集质量，特别适合女性脑电采集。

实施例11：是进一步的实施例。所述的离子导电体通过粘结等方式固定于空腔内部，避免出现离子导电体在安装或拆卸过程脱落，适合多次重复使用。当内置离子导电体的套筒作为一次性耗材使用时，也可直接将离子导电体插入套筒空腔内。

实施例12：是进一步的实施例。如图1-4，所述的内置离子导电体4的套筒2通过榫槽结构与固定件1连接；固定件为圆环形，或块形，其一个平面上有开口指向中部通孔圆心的定位槽1.1，内置离子导电体4的套筒2位于固定件的中部通孔中，套筒2外周上对称设置有与定位槽相匹配吻合的定位凸榫，该定位凸榫与定位槽卡接。所述的定位槽为半开口结构，方便定位。所述的固定件设有一对指到手1.2，用手指夹持该部位，便于安装或拆卸。所述的离子导体体为吸满电解质溶液的水凝胶、泡棉、多孔陶瓷的一种或多种的组合，优选泡棉。所述的电极片为纯银镀氯化银。所述的电极柱为银/氯化银粉末烧结电极。

本发明的权利要求保护范围不限于上述实施例。

Claims (14)

1.一种生物电信号采集装置，包括脑电传感器和脑电放大器，其特征在于：所述的脑电传感器包括固定件、电极、套筒和离子导电体；所述的固定件内壁设有电极，且其中部设有通孔；所述的离子导电体为含有电解质溶液的固定成型的整体；所述的套筒上设有离子导电体；当套筒插入固定件通孔并卡接于固定件上时，所述的离子导电体与电极挤压接触，所述的电极与外电路连接，从而形成生物电信号测量回路。

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，所述的套筒空腔内置离子导电体，且至少设有一个缺口，以使离子导电体露出。

3.根据权利1所述的生物电信号采集装置，其特征在于，所述的套筒空腔内无缺口，所述的离子导电体整体从空腔内伸出。

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，所述套筒下端为实心柱，离子导电体套在实心柱表面；当套筒与固定件卡接时，至少一个实心柱表面的离子导体与电极挤压接触。

5.根据权利要求2所述的生物电信号采集装置，其特征在于，所述的电极为电极片，所述的电极片两端镶嵌于固定件的两端；当套筒卡接于固定件时，所述的离子导电体从空腔内壁至少一个缺口露出并与至少一个电极片挤压接触。

6.根据权利要求2所述的生物电信号采集装置，其特征在于，所述的电极为电极柱，其一端嵌入或粘结于固定件内壁，另一端朝向固定件内；所述的离子导电体从空腔内壁至少一个缺口露出，并与至少一个电极柱挤压接触。

7.根据权利要求3所述的生物电信号采集装置，其特征在于，所述的电极为电极柱，数目为1个，位于固定内壁下端；当套筒卡接于固定件时，所述的离子导电体从空腔伸出端与电极柱挤压接触。

8.根据权利要求3所述的生物电信号采集装置，其特征在于，所述的电极为电极柱，数目为多个；或均匀等高地排布于固定件内壁下端，当套筒卡接于固定件时，所述的离子导电体从空腔伸出段与多个电极柱挤压接触；或均匀非等高排布于固定件内壁下端，当套筒卡接于固定件时，所述的离子导电体伸出端交错与多个电极挤压接触。

9.根据权利要求3所述的生物电信号采集装置，其特征在于，所述的电极为电极片；当套筒卡接于固定件时，所述的离子导电体从空腔伸出段与至少一个电极片挤压接触。

10.根据权利要求9所述的生物电信号采集装置，其特征在于，所述的电极片为两个平行排布的电极片，电极片的间距小于离子导电体的半径；或所述的电极片为三个及以上，组成正多边形，其内切圆半径小于离子导电体的半径。

11.根据权利要求3所述的生物电信号采集装置，其特征在于，所述电极为电极丝或/和电极丝团，其暴露在固定件内壁表面；当套筒卡接于固定件时，所述的离子导电体从空腔伸出段与电极丝或/和电极丝团接触。

12.根据权利要求4所述的生物电信号采集装置，其特征在于，所述的套筒下端设有多个实心柱，每个实心柱套有离子导电体。

13.根据权利要求1所述的生物电信号采集装置，其特征在于，所述的离子导电体固定于空腔内部。

14.根据权利要求1所述的生物电信号采集装置，其特征在于，所述的离子导体体为吸满电解质溶液的水凝胶、吸水纤维，海绵，泡棉、多孔陶瓷的一种，或者它们的组合。