CN107595283B - 分离式脑电干电极 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于弹簧结构的新型脑电检测干电极，使用简便，无需耗时繁杂的准备工作，摆脱了传统脑电检测电极对导电膏的依赖，可实现长期脑电监测；采用双层电路板，结合金属探针形成封闭的法拉第笼，放大电路位于笼中，可以减小环境电磁信号对脑电信号的干扰。采用干电极和电极帽分离的方式，可以方便的对干电极进行表面清理；可以根据需求选择长电极或短电极，有利于适应不同的头部尺寸和形状，该电极在神经性疾病诊疗、脑机接口及肢体康复方面具有广口的应用前景。

Description

分离式脑电干电极

技术领域

本发明涉及集成电路领域，具体涉及一种分离式脑电干电极。

背景技术

脑的发育和衰老、学习与记忆、高级认知功能与人类密切相关，了解脑的结构和功能是对人类认识世界、认识自我的最终挑战，脑研究被认为是当今最令人兴奋的研究领域、制高点和最活跃的前沿之一，不仅具有重大理论意义，而且对提高国民的健康水平、生活质量、创新能力、心理和精神状态都有重要的现实意义。脑认知的关键是脑神经信息的检测。头皮脑电信号(EEG)是大脑皮层神经细胞集群自发电活动传递至头皮上的皮层电位，EEG信号的检测分析对脑功能的研究、神经性疾病诊疗及功能恢复和脑机接口都十分有意义。目前，在临床上，EEG已经用于癫痫、脑外伤、脑血管疾病、颅内炎症及睡眠障碍等神经性疾病的诊治中，此外在精神分裂、抑郁、躁狂等精神疾病的辅助诊疗中。随着医学神经科学认知心理学和人工智能研究的深入发展，EEG检测分析正在被越来越多地应用到功能康复、神经生物学研究及脑科学研究等领域。脑电检测历史悠久，但由于脑电信号本身、被测对象以及测量环境等因素的特殊性，仍然是棘手的难题。首先，脑电信号幅值十分微小，输出阻抗却很高，并含有接近直流的低频成分；第二，EEG信号信噪比低，易受工频信号、肌电信号及环境噪声的影响；第三，脑电检测必须考虑被测者的生理自然性和保证操作安全性等。目前，脑电采集通常采用湿电极，被试者在进行脑电采集前，必须涂抹导电介质以降低角质层的超高阻抗，使放大器可以正常工作，但该过程需要在外人辅助下进行，时间花费较长。另外，传统脑电采集系统普遍采用有线脑电放大仪器，受环境制约较大，一般只能在特定场合进行脑电采集。对于需要EEG检测的患者，需要到医院脑电检测的科室专门检测，同时由于脑电信号的非周期性，EEG中病理信号随机出现，因此为了获得准确的诊断结果，需要进行较长时间的EEG检测，这给患者造成了经济负担、时间损失，同时漫长的就诊流程也为医院的门诊带来巨大的负荷。目前已有的EEG信号检测电极尚不能满足无线实时长期监测脑电信号的需求，迫切需要研究制造出适用于有发区EEG信号检测且灵敏度高稳定性强的新型干电极。因此，开发一种干电极EEG检测设备具有非常重要的意义。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明提供一种分离式脑电干电极，以期解决上述问题。

(二)技术方案

一种分离式脑电干电极，包括固定架和干电极；所述固定架固定在电极帽上，固定架和对应位置的电极帽开有贯穿的电极孔；所述干电极能够进入和脱离电极孔，干电极设置有固定结构，用于调节干电极进入电极孔的长度，并将干电极固定在固定架上。

在本发明一些示例性实施例中，所述电极孔表面设置有内螺纹；所述固定结构为螺栓，表面设置有外螺纹；所述内螺纹与外螺纹配合能够将干电极旋入和旋出电极孔。

在本发明一些示例性实施例中，所述干电极包括螺栓、上电路板、下电路板和探针；所述螺栓、上电路板和下电路板均开设有探针孔；所述探针依次穿过上电路板、螺栓和下电路板，并与上电路板和下电路板固定连接。

在本发明一些示例性实施例中，所述固定架包括支撑架和旋转螺母；所述支撑架设置有卡槽，用于固定旋转螺母；所述支撑架和旋转螺母均开有贯穿的电极孔，所述旋转螺母的电极孔设置有螺纹结构。

在本发明一些示例性实施例中，所述探针包括固定部分和探头部分；所述固定部分穿入上电路板、螺栓和下电路板中；探头部分连接在固定部分的下方，探头部分和固定部分的连接位置处设置有弹簧结构，以使探针具有弹性。

在本发明一些示例性实施例中，所述探头部分包括探头，探头的直径尺寸为1-2mm。

在本发明一些示例性实施例中，所述探针分为长探针和短探针，所述长探针长度为30-35cm，所述短探针长度为16-18cm；所述螺栓分为长螺栓和短螺栓，分别与长探针和短探针配合，获得长干电极和短干电极，以适应不同脑区。

在本发明一些示例性实施例中，所述上电路板连接有导线，用于将探针获得的电信号引出。

(三)有益效果

(1)本发明采用干电极和电极帽分离的方式，可以方便的对干电极进行表面清理，可以根据需求选择长电极或短电极，有利于适应不同的头部尺寸和形状。

(2)本发明采用具有弹簧机构的干电极，可以使电极与脑皮接触更加紧密，大大减小接触电阻阻值，提高了检测灵敏度。

(3)本发明采用双层电路板，结合金属探针形成封闭的法拉第笼，可以减小环境电磁信号对脑电信号的干扰。

附图说明

图1是本发明实施例的分离式脑电干电极分离状态的结构示意图。

图2为本发明实施例的分离式脑电干电极结合状态的结构示意图。

图3为本发明实施例的固定架的结构示意图。

图4A为本发明实施例的长弹簧电极结构示意图。

图4B为本发明实施例的短弹簧电极结构示意图。

图5为本发明实施例的下电路板结构示意图。

图6为本发明实施例的上电路板结构示意图。

图7A为本发明实施例的长螺栓结构示意图。

图7B为本发明实施例的短螺栓结构示意图。

图8为本发明实施例的长弹簧探针和短弹簧探针结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明主要解决目前常规脑电干电极接触电阻大，不易表面清理，易受头型干扰的问题，提出了一种分离式的脑电干电极。图1是本发明实施例的分离式脑电干电极分离状态的结构示意图，图2为本发明实施例的分离式脑电干电极结合状态的结构示意图，如图1和图2所示，分离式脑电干电极包括固定架1和弹簧电极2(干电极)，固定架1固定在电极帽上，固定架1和对应位置的电极帽开有贯穿的电极孔；弹簧电极2能够进入和脱离电极孔，弹簧电极设置有固定结构，用于调节弹簧电极2进入电极孔的长度，并将弹簧电极2固定在固定架1上。

图3为本发明实施例的固定架的结构示意图，如图3所示，固定架1包括支撑架11和旋转螺母12。其中，支撑架11内部设置卡槽，可以和旋转螺母12配合，起固定作用。旋转螺母12通过按压置于支撑架11的卡槽中，与支撑架结合。同时支撑架和旋转螺母均开有贯穿的电极孔，所述旋转螺母的电极孔设置有内螺纹可以和干电极的螺栓部分配合。

弹簧电极2分为长弹簧电极和短弹簧电极，图4A为本发明实施例的长弹簧电极结构示意图，图4B为本发明实施例的短弹簧电极结构示意图，如图4A和图4B所示，弹簧电极2包括弹簧探针21，螺栓22，下电路板23和上电路板24，其中，螺栓22、上电路板24和下电路板23均开设有贯穿的探针孔，探针依次穿过上电路板24、螺栓22和下电路板23，并与上电路板24和下电路板23固定连接，在本实施例中是采用焊接的固定方式，同时螺栓22被固定在上电路板24和下电路板23之间。图5为本发明实施例的下电路板结构示意图，图6为本发明实施例的上电路板结构示意图，24上电路板上焊接有导线，用于将探针获得的电信号引出来。

螺栓作为弹簧电极的固定结构，其表面设置有外螺纹，螺栓22的外螺纹和旋转螺母12的内螺纹配合，能够将弹簧电极旋入和旋出电极孔，固定弹簧电极，并调节弹簧电极的漏出长度。如图7A和图7B为所示，对应长弹簧电极和短弹簧电极，螺栓分为长螺栓和短螺栓。

弹簧探针21包括固定部分和探头部分，其中，固定部分穿入上电路板24、螺栓22和下电路板23中，并与该三部分固定在一起，探头部分连接在固定部分下方。弹簧探针21作用是保证探头和头皮的紧密接触，探头部分包括探头，探头的直径尺寸选为1-2mm，优选为1.3mm，弹簧探针可以保证探针穿过头发接触到头皮，同时其大小不会刺穿头皮毛引起疼痛感；每个探针内部都接一个小型弹簧，使得探针具有弹性，弹簧结构设置在探头部分与固定部分的连接位置。弹簧探针分为长弹簧探针和短弹簧探针，分别与长螺栓和短螺栓配合，以制备不同长度的干电极，适应不同的脑区。图8为本发明实施例的长弹簧探针和短弹簧探针结构示意图，长探针长度为30-35cm，短探针长度为16-18cm。

本发明实施例的分离式脑电干电极制备流程如下：

1、通过solidworks设计各部分，通过3D打印制备各部件，包括支撑架11，旋转螺母12，螺栓22(包括长螺栓和短螺栓)，下电路板23，上电路板24。

2、将支撑架和旋转螺母扣紧形成固定架1，并将同定架1固定在电极帽上。

3、制备长弹簧电极和短弹簧电极。将长弹簧探针21插入下电路板23的通孔中，焊好；插入长螺栓；在另一侧插入上电路板24焊好，形成长弹簧电极，类似地，制备得到短弹簧电极。

4、在24上电路板上焊上导线。

5、戴上电极帽后，根据不同脑区选择长弹簧电极或短弹簧电极电极将干电极通过螺纹旋入支撑架，使干电极的弹簧探针接触头皮。

本发明采用干电极和电极帽分离的方式，可以方便的对干电极进行表面清理，可以根据需求选择长电极或短电极，有利于适应不同的头部尺寸和形状。

本发明采用具有弹簧机构的干电极，可以使电极与脑皮接触更加紧密，大大减小接触电阻阻值，提高了检测灵敏度。本设计采用具有弹簧结构的探针作为接触电极，探针头的直径尺寸选择1.3mm，毫米量级，不会刺入皮肤的真皮层，对人体没有侵害性。暴露在外面的探针长度为5-8mm(即下电路板至探针端部的长度)，直径1mm，不易断裂，可以穿过头发接触到大脑头皮，能够实现有发区的脑电信号检测。

本发明采用双层电路板，结合金属探针形成封闭的法拉第笼，可以减小环境电磁信号对脑电信号的干扰。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本发明实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本发明的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该发明的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面发明的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种分离式脑电干电极，包括固定架和干电极；

所述固定架固定在电极帽上，固定架和对应位置的电极帽开有贯穿的电极孔；

所述干电极能够进入和脱离电极孔，干电极设置有固定结构，用于调节干电极进入电极孔的长度，并将干电极固定在固定架上；

所述固定架包括支撑架和旋转螺母，所述旋转螺母的外缘呈齿轮状；

所述支撑架设置有卡槽，所述卡槽用于与所述旋转螺母相配合；所述旋转螺母具有贯穿的电极孔，所述旋转螺母的电极孔设置有内螺纹；

所述固定结构包括螺栓，所述螺栓表面设置有外螺纹，所述螺栓的外螺纹与所述旋转螺母的内螺纹相配合；

其中，所述干电极还包括探针，所述探针穿过所述螺栓，所述探针分为长探针和短探针，所述螺栓分为长螺栓和短螺栓，所述长螺栓与长探针配合形成长干电极，所述短螺栓与短探针配合形成短干电极，以适应不同脑区。

2.根据权利要求1所述的分离式脑电干电极，其中，

所述内螺纹与外螺纹配合能够将干电极旋入和旋出电极孔。

3.根据权利要求1或2所述的分离式脑电干电极，其中，所述干电极包括上电路板和下电路板；

所述螺栓、上电路板和下电路板均开设有探针孔；

所述探针依次穿过上电路板、螺栓和下电路板，并与上电路板和下电路板固定连接。

4.根据权利要求3所述的分离式脑电干电极，其中，所述探针包括固定部分和探头部分；

所述固定部分穿入上电路板、螺栓和下电路板中；

探头部分连接在固定部分的下方，探头部分和固定部分的连接位置处设置有弹簧结构，以使探针具有弹性。

5.根据权利要求4所述的分离式脑电干电极，其中，所述探头部分包括探头，探头的直径尺寸为1-2mm。

6.根据权利要求3所述的分离式脑电干电极，其中，

所述长探针长度为30-35cm，所述短探针长度为16-18cm。

7.根据权利要求3所述的分离式脑电干电极，其中，所述上电路板连接有导线，用于将探针获得的电信号引出。

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