CN107690307A - 用于生物电势和皮肤阻抗感测的干电极以及使用方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种被配置为提供与对象的皮肤的电接触的电极。所述电极包括电极主体和电耦合部，所述电极主体被配置为与所述对象的皮肤能移除地耦合，并且从所述对象的皮肤接收电信号和/或向所述对象的皮肤传送电信号，所述电耦合部促进将所述电极耦合到外部计算系统。所述电极主体包括：导电硅材料，所述导电硅材料被配置为实现水分从所述电极主体被设置在其上面的所述对象的皮肤的摄取或扩散；以及清洁剂，所述清洁剂被配置为促进离子通过所述导电硅材料的流动。

Description

用于生物电势和皮肤阻抗感测的干电极以及使用方法
技术领域
本公开涉及被配置为提供与对象的皮肤的电接触的电极。
背景技术
针对医学领域中的许多应用而使用皮肤电极。电极一般提供与对象的皮肤的电接触，以在对象的皮肤与医学设备之间传送电信号。电极一般包括用于向对象传送电信号以及从对象接收电信号的导电层或材料。电极一般或者是干电极或者是湿电极。
湿电极依赖于诸如水凝胶或凝胶的电解质材料来提供导电路径并且填充电极与对象的皮肤之间的间隙。由于水凝胶或凝胶变干，湿电极一般在较短的时间段内使用。湿电极也可能由于凝胶材料而引起对皮肤的刺激。
干电极依赖于对象的皮肤上的自然盐分和/或汗液来提供针对电信号被传送到对象的皮肤和/或从对象的皮肤接收电信号的流动路径。干电极可以在较长的时间段内使用，因为其不变干。干电极可能难以在没有间隙的情况下耦合到对象的皮肤，并且如果对象移动则可能不停留在位。
皮肤的角质层(即，由死细胞组成的上层)是高阻抗屏蔽，因为其包含有限量的具有离子的体液。亦即，存在通过角质层(上皮层)的极少的但是不可忽略的离子转移，这意味着通过角质层的非常弱的电流。
角质层的电阻在很大程度上取决于分泌包含与细胞外液不同浓度的Na+、K+和Cl–离子的汗腺和汗管(以及其他通道，诸如皮脂腺、毛囊和皮肤缺陷)的存在和活动。在干电极界面(interface)的情况下，这不是非常稳定的电子-电解质接触情况。亦即，汗液产生可以产生局部小气候，但是在干电极界面的情况下，这不是非常稳定的电接触。
关于干电极应用，皮肤变形可能引起相同的伪影；然而，由于较低水平的皮肤粘附，电极的相对滑动可能取决于材料而以不同的程度发生。随着电解质汗液层在皮肤与干电极之间积聚，跨表皮的电势差增加，并且电极的阻抗下降并稳定在特定值处。如果允许干电极改变在皮肤上的位置，电极–皮肤界面现在将缺少汗液层，将存在运动伪影，并且电极的阻抗将更高，直至足够的时间发生以便电极–皮肤界面随着汗液形成而稳定。
皮肤电极的应用使用身体信号的不同电导出量。一个是用于导出身体状态信息(诸如心电图ECG(心脏活动)和脑电图EEG(大脑活动))的皮肤上的电压电势。皮肤阻抗被用于测量例如应力(皮肤电反应GSR)或电阻抗断层摄影EIT(肺监测)。另一应用是对皮肤的电刺激，诸如经皮电神经刺激TENS。皮肤阻抗测量被用于确保刺激电极与皮肤良好电接触。
在所有这些应用中，希望与皮肤具有低电阻抗以便获得良好质量信号。对于诸如日常睡眠监测或长期TENS处置的应用，具有易于使用的电极也是重要的。
由于水分和导电Ag/AgCl颗粒，湿或粘合凝胶电极已知用于低阻抗。但是，这些凝胶电极的缺点包括一次性使用、有限的耐久性、剥离皮肤刺激、与身体和设备的脱离等。总体而言，其使得凝胶电极不是非常适合于在家日常长期用于医学或消费者健康应用。舒适的干电极解决了那些问题中的大部分问题，但是难以实现利用湿或水凝胶电极所实现的信号质量和低阻抗。因此，期望具有低阻抗皮肤界面并且也能够被容易地集成到消费者医学设备中的经改进的干电极。
发明内容
因此，本公开的一个或多个方面涉及一种被配置为提供与对象的皮肤的电接触的电极。所述电极包括电极主体和电耦合部，所述电极主体被配置为与对象的皮肤能移除地耦合，并且从对象的皮肤接收电信号和/或向对象的皮肤传送电信号，所述电耦合部促进将所述电极耦合到外部计算系统。所述电极主体包括：导电硅材料，所述导电硅材料被配置为实现水分从所述电极主体被设置在其上面的所述对象的皮肤的摄取或扩散；以及清洁剂，所述清洁剂被配置为促进离子通过所述导电硅材料的流动。
本公开的又一方面涉及一种用于经由电极提供与对象的皮肤的电接触的方法。所述电极包括电极主体和电耦合部。所述方法包括：利用所述电极主体将所述电极与对象的皮肤能移除地耦合，所述电极主体包括导电硅材料和清洁剂，所述导电硅材料用于实现水分从所述电极主体被设置在其上面的所述对象的皮肤的摄取或扩散，所述清洁剂用于促进离子通过所述导电硅材料的流动；经由所述电极主体的所述导电硅材料从所述对象的皮肤接收电信号和/或向所述对象的皮肤传送电信号；并且将所述电极耦合到外部计算系统。
本公开的又一方面涉及一种被配置为提供与对象的皮肤的电接触的电极。所述电极包括：用于从所述对象的皮肤接收电信号和/或向所述对象的皮肤传送电信号的器件、以及用于促进将所述电极耦合到外部计算系统的器件。用于接收和/或传送的所述器件包括导电硅材料和清洁剂，所述导电硅材料用于实现水分从用于接收和/或传送的所述器件被设置在其上面的所述对象的皮肤的摄取或扩散，所述清洁剂用于促进离子通过所述导电硅材料的流动。
在参考附图考虑下文的描述和随附的权利要求的情况下，本公开的这些和其他目的、特征和特性，以及操作方法和有关的结构元件和零件组合的功能和制造的经济性将变得更加显而易见，所有附图均形成本说明书的部分，其中，在各附图中相似的附图标记指代对应的部分。然而，应当明确理解，附图仅仅是出于图示和描述的目的，而并非旨在作为对本公开的限制的定义。
附图说明
图1图示了根据本专利申请的实施例的示范性电极；
图2-5图示了根据本专利申请的实施例的电极的各种示范性配置；
图6图示了根据本专利申请的实施例的电极的电耦合部的两种示范性配置；
图7图示了用于经由根据本专利申请的实施例的示范性电极提供与对象的皮肤的电接触的方法；
图8和图9图示了根据本专利申请的实施例的正在被用于脑电图EEG测量的电极的配置、位置和固定；
图10和图11图示了根据本专利申请的实施例的从水凝胶电极和干硅电极获得的EEG测量数据的比较和交叠；
图12图示了根据本专利申请的实施例的正在用于心电图ECG测量的干电极以及其位置；并且
图13-15图示了根据本专利申请的实施例的从水凝胶电极和干电极获得的ECG测量数据的比较。
具体实施方式
如在本文中所使用的，单数形式的“一”、“一个”以及“该”包括多个指代物，除非上下文中明确另行指出。如在本文中所使用的，两个或更多个部分或部件被“耦合”的表述应当意味着所述部分直接或间接地(即，通过一个或多个中间部分或部件，只要发生链接)被接合到一起或一起操作。如在本文中所使用的，“直接耦合”意指两个元件彼此直接接触。如在本文中所使用的，“固定耦合”或“固定”意指两个部件被耦合以作为一体移动，同时维持相对于彼此的恒定取向。
如在本文中所使用的，词语“一体的”意指部件被创建为单件或单元。亦即，包括单独创建并然后被耦合到一起作为单元的零件的部件不是“一体的”部件或主体。如在本文中所采用的，两个或更多个部分或部件相互“接合”的表述应当意指所述部分直接地或者通过一个或多个中间部分或部件而相互施加力。如在本文中所采用的，术语“数目”应当意指一或大于一的整数(即，多个)。
在本文中所使用的方向性短语，例如，但不限于，顶部、底部、左、右、上、下、前、后以及其派生词涉及附图中所示的元件的取向，并且不对权利要求构成限制，除非在权利要求中明确记载。
图1图示了根据本专利申请的实施例的电极100。电极100包括电极主体102和电耦合部110，所述电极主体102被配置为与对象106的皮肤104能移除地耦合并且从对象106的皮肤104接收电信号和/或向对象106的皮肤104传送电信号，所述电耦合部110促进将电极100耦合到外部计算系统114。电极主体102包括：导电硅材料，所述导电硅材料被配置为实现水分从电极主体102被设置在其上面的对象106的皮肤104的摄取或扩散；以及清洁剂，所述清洁剂被配置为促进离子通过所述导电硅材料的流动。本专利申请提供了具有清洁剂添加剂的导电颗粒填充的干硅电极100，以用于与对象106的皮肤104的最佳感测电接触。由于亲水硅材料具有水分调节性质，电极100是柔软的并且皮肤友好的。
在一些实施例中，电极主体102包括硅材料、导电颗粒、以及清洁剂。在一些实施例中，所述导电颗粒可以包括石墨、碳、或者银片或颗粒。在一些实施例中，所述导电颗粒与硅材料进行混合以形成导电硅材料。在一些实施例中，电极主体102可以包括大约25％至75％重量范围的硅材料、大约20％至50％重量范围的导电颗粒、以及大约5％至25％重量范围的清洁剂。在一些实施例中，电极主体102可以包括50％重量的硅材料、35％重量的导电颗粒、以及15％重量的清洁剂。在一些实施例中，电极主体102可以通过将15g清洁剂和35g导电颗粒与50g硅材料进行混合来形成。在一些实施例中，硅材料、导电颗粒和清洁剂使用混合挤出的高速混合过程来进行混合，所述混合挤出的高速混合过程在大约100C至1500C的温度范围下执行。在一些实施例中，硅材料、导电颗粒和清洁剂使用高速混合或混合挤出设备来进行混合。
在一些实施例中，电极主体102包括导电硅材料和清洁剂。在一些实施例中，电极主体102可以包括大约70％至95％重量范围的导电硅材料和大约5％至30％重量范围的清洁剂。在一些实施例中，电极主体102可以通过将20g清洁剂与80g的导电硅材料进行混合来形成。在一些实施例中，所述导电硅材料和所述清洁剂是使用混合挤出的高速混合过程来混合的，所述混合挤出的高速混合过程在大约100C至1500C的温度范围下来执行。在一些实施例中，所述导电硅材料和所述清洁剂是使用混合挤出器装置或高速混合器装置来混合的。
在一些实施例中，可以添加额外的材料(添加剂)以促进所述导电硅材料与清洁剂的混合和/或对硅材料、导电颗粒和清洁剂进行混合。在一些实施例中，这些额外的材料可以是任选的。在一些实施例中，这样的额外的材料不改变由亲水硅材料和清洁剂添加剂形成的干电极的阻抗。
在一些实施例中，所述导电硅材料被配置为向电极100提供水分调节性质。在一些实施例中，所述导电硅材料是亲水导电硅材料或聚二甲基硅氧烷材料。所述导电硅材料的添加的亲水性质引起从对象的皮肤以及从对象的皮肤周围的空气的水分摄取。因此，所述电极的所述导电硅材料提供了抵靠皮肤的舒适层。在一些实施例中，所述导电硅材料可以包括导体液体硅橡胶。在一些实施例中，所述导电硅材料可以包括商用 LR3162材料。
在一些实施例中，肥皂或清洁剂可以包括α-烯基磺酸钠、肥皂、(C14-16)烯烃磺酸钠、以及烯烃磺酸钠。在一些实施例中，肥皂或清洁剂与导电硅材料进行混合以形成均质材料。在一些实施例中，清洁剂不仅与硅材料进行混合，而且也被化学地结合到硅(例如，聚二甲基硅氧烷)材料的主干(backbone)上。在一些实施例中，肥皂或清洁剂可以包括共价键交联化学结构。在一些实施例中，所述硅材料可以包括交联化学结构。在一些实施例中，肥皂或清洁剂以及导电硅材料被化学地结合到彼此。在一些实施例中，肥皂或清洁剂可以包括商用Bio- AS-90Beads。在一些实施例中，9％的清洁剂(例如，Bio- AS-90Beads)可以被添加到导电硅材料(例如， LR 3162)。
在一些实施例中，清洁剂被配置为将水吸收到硅材料中。在一些实施例中，清洁剂被配置为吸收按重量计超过20％的水。水与(通过清洁剂添加的)离子的相互作用被配置为用作盐桥。在一些实施例中，水和/或体液与(通过清洁剂添加的)离子的相互作用被配置为用作更富离子的电解质-电极桥。
在一些实施例中，被混合到导电硅材料中的清洁剂添加剂被配置为改善通过导电硅材料的离子流动。这改善了干硅电极的电极-电解质界面。在一些实施例中，所述电极被配置为使得电流能够穿过电极-电解质界面。在一些实施例中，被添加到所述硅材料的清洁剂或者可以具有液体形式或者可以具有粉末/固体形式。
在一些实施例中，所述硅材料可以被填充有导电颗粒(碳、石墨或银)以获得电性性质。在一些实施例中，被添加到硅材料的导电颗粒或者可以具有液体形式或者可以具有粉末/固体形式。这使得所述材料传导电子而不传导离子。通过将离子添加到导电硅材料中，两种性质改变有利于降低与皮肤相互作用的电极路径的阻抗。首先，离子的交换变得可能，并且经修改的硅材料被配置为从与皮肤接触的汗液吸收/汲取水。在一些实施例中，水摄取不仅仅来自皮肤，而且也来自例如空气的水分、自来水、潮湿的储存包装、和/或淋浴。水的吸收被配置为用作盐桥。硅以此方式被修改为大量亲水化合物或大量离子传导亲水化合物。
在一些实施例中，通过添加导电颗粒(例如，石墨、碳、或者银片或颗粒)以及肥皂或清洁剂添加剂，相比于仅在其中混合导电颗粒的其他电极，可以实现电极的更好的感测和传导性能。在一些实施例中，所述导电颗粒(例如，石墨、碳、或银颗粒)以及肥皂或清洁剂添加剂提供了到亲水硅材料中的更好的离子路径。
在一些实施例中，亲水硅的化学结构可以被给出如下：
在一些实施例中，在亲水硅材料的以上化学结构中的n的范围从3到28。在一些实施例中，n的范围从10到18。在一些实施例中，n的范围从12到16。在一些实施例中，在亲水硅材料的以上化学结构中的重复单元的总数量(m+o+1)可以是至少5并且可以少于1000，其中，n和o是独立于彼此而选择的整数并且可以是至少6。在一些实施例中，亲水硅材料的以上化学结构中的终端组R可以由Si(CH3)3和/或氢组成。
在一些实施例中，根据本公开的亲水硅材料的合成可以被示意性示出如下：
在一些实施例中，硅前体支承的活性Si-H组与亲水单体(诸如α-烯烃磺酸钠)反应。在一些实施例中，在以上化学结构中的n和m的值的范围可以从3到28。在一些实施例中，n和m的值的范围可以从10到18。在一些实施例中，n和m的值的范围可以从12到16。在一些实施例中，以上化学结构中的o的值的范围可以从5到1000。
在一些实施例中，烯烃成分可以是强亲水的，因为其可以包括极性的带负电荷的首基(-O3S)以及用于电荷平衡的阳离子(Mn+)。在一些实施例中，亲水烯烃成分与亲水硅前体的混合可以通过亲水性的差异来阻止。在一些实施例中，根据本公开的亲水硅材料可以包括由悬浮在硅前体的亲水基质中的阴离子首基和阳离子平衡离子组成的离子对。
在一些实施例中，替代硅材料，所述电极可以包括与导电添加剂和富离子的清洁剂添加剂进行混合的其他聚合物化合材料。在一些实施例中，可以使用被配置为促进离子在电极中的流动的其他备选清洁剂。在一些实施例中，可以使用被配置为增加电极与对象的皮肤之间的导电性并降低电极材料的阻抗的其他备选导电颗粒/添加剂。
电极100包括电耦合部110。电耦合部110促进将电极100耦合到外部计算系统114。外部计算系统114是被配置为向对象递送电刺激和/或监测对象的生理参数等的系统。在一些实施例中，外部计算系统包括一个或多个处理设备(例如，数字处理器、模拟处理器、被设计为处理信息的数字电路、被设计为处理信息的模拟电路、状态机、和/或用于以电子方式处理信息的其他机构)、一个或多个传感器、一个或多个接口设备(例如，键盘、按钮、开关、键盘、旋钮、杠杆、显示屏、触摸屏、扬声器、麦克风、指示灯、听得见的警报、打印机、触觉反馈、和/或其他接口设备)、和/或其他部件。在一些实施例中，外部计算系统包括一个或多个测量设备。例如，所述一个或多个测量设备可以被配置为获得生物阻抗测量结果、生物电势测量结果、脑电图EEG(大脑活动)测量结果、心电图ECG(心脏活动)测量结果、皮肤电反应GSR(应力)测量结果等。
例如，外部计算系统114可以包括用于心电图(ECG)、脑电图(EEG)、肌电图(EMG)、眼动电图(EOG)、和/或其他生物感测应用的生物感测系统。通过另一范例的方式，外部计算系统114可以包括用于经皮神经电刺激(TENS)、电肌肉刺激(EMS)、神经肌肉电刺激(NMES)、功能电刺激(FES)、皮肤电反应GSR(应力)、和/或其他生物刺激应用的生物刺激系统。
电耦合部110被电气耦合到电极主体102，以便其使得电信号能够从对象106的皮肤104接收和/或向对象106的皮肤104传送。在一些实施例中，额外的部件和/或材料层被设置在电耦合部110和/或电极主体102之间。在其他实施例中，电耦合部110被直接耦合到电极主体102。在一些实施例中，电耦合部110包括以下中的一项或多项：卡扣组件、磁性组件、按钮组件、夹子和/或夹钳组件、线组件、和/或促进将电极100耦接到外部计算系统114的其他组件。例如，电耦合部110包括用于将一条或多条线从外部计算系统114连接到电极100的卡扣组件的一部分。在一些实施例中，电耦合部110的一部分可以由金属材料制作。在一些实施例中，电耦合部110的一部分可以由(具有清洁剂添加剂的)亲水硅材料制作。
图2-5图示了根据本专利申请的实施例的电极的各种示范性配置。
参照图2，电极200可以是具有电极主体202和电耦合部或卡扣210的扁平电极的形式。在一些实施例中，电极200可以被用于心电图ECG(心脏活动)测量。
在一些实施例中，具有清洁剂添加剂的亲水硅材料可以是用户或操作者切割和/或压印成期望的形状的薄片的形式。在一些实施例中，(具有清洁剂添加剂的)亲水硅材料薄片可以具有50乘50毫米的尺寸。在一些实施例中，(具有清洁剂添加剂的)亲水硅材料薄片可以具有1毫米的厚度。在一些实施例中，用户或操作者可以将(具有清洁剂添加剂的)亲水硅材料薄片激光切割和/或压印成期望的形状。
在一些实施例中，电耦合部210可以是卡扣的公部分，并且卡扣的对应母部分可以被耦合到被配置为将电极200耦合到外部计算系统114的一条或多条线。在一些实施例中，电耦合部或卡扣210穿过(具有清洁剂添加剂的)亲水硅材料以建立足够的机械以及电接触。
参照图3，电极300可以是具有电极主体302和电耦合部或卡扣310的扁平电极的形式。亦即，电极300可以是具有卡扣突出部310的扁平形状的电极。在一些实施例中，卡扣310可以被中心地定位在电极300上。
参照图4，电极400可以是具有电极主体402和电耦合部或卡扣410的销结构的电极的形式。在一些实施例中，销结构的电极400例如可以被用于通过头发的测量。在一些实施例中，销结构的电极400可以包括使得电极400能够穿透对象的头发以便建立与对象的皮肤的良好电流接触的多销(例如，销450)设计。在一些实施例中，电极400可以具有25毫米的直径。在一些实施例中，电极400的销450可以具有5毫米的高度。在一些实施例中，电极400的销450可以具有2毫米的直径。
参照图5，电极500可以是具有电极主体502和电耦合部510的贴片电极500的形式。
在一些实施例中，电极550可以是被缠绕成卷560的电极550a、550b、550c等的条带的形式。在一些实施例中，电极550a、550b、550c等中的每个可以包括电极主体和电耦合部。在一些实施例中，电极的条带可以被卷绕并且被储存在分配器设备中。在一些实施例中，电极550a、550b、550c等中的每个可以通过分开部分(例如，槽口、穿孔线)与(一个或多个)其他电极分开。例如，用户可以使用槽口或穿孔线将条带分成个体电极550a、550b、550c等以供使用。
在一些实施例中，本公开的电极可以包括引起电极粘附到对象的皮肤的粘合构件或材料。在一些实施例中，粘合材料可以被设置在电极的后部或背表面上。在一些实施例中，电极可以与不同粘合材料类型一起使用。例如，用于电极的粘合剂可以包括皮肤粘合材料。在一些实施例中，用于电极的粘合剂包括水胶体或皮肤友好的硅粘合材料。
图6图示了根据本专利申请的实施例的电极100的电耦合部110的两个示范性配置。在一些实施例中，至导联的不同连接可以被集成到电极100中。例如，图6的左侧图示了用于将一条或多条线从外部计算系统114连接到电极100的卡扣组件625的一部分，而图6的右侧图示了用于将一条或多条线从外部计算系统114连接到电极100的卡扣式磁性适配器635的一部分。在一些实施例中，易于使用的磁性连接件可以被集成到电极100中。
图7图示了用于经由电极来提供与对象的皮肤的电接触的方法700。所述电极包括电极主体、电耦合部、和/或其他部件。在一些实施例中，可以使用超过一个电极。在本文中所提出的方法700的流程旨在是例示性的。在一些实施例中，方法700可以在具有未描述的一个或多个额外流程的情况下、和/或在没有所讨论的流程中的一个或多个的情况下被实现。另外，方法700的流程在图7中进行图示并且在本文中进行描述的顺序不旨在进行限制。
在方法700的流程702处，电极的电极主体与对象的皮肤相耦合。流程702通过与(如关于图1所示并描述的)电极主体102相同或相似的电极主体来执行。所述电极主体包括：导电硅材料，所述导电硅材料被配置为实现水分从电极主体被设置在其上面的对象的皮肤的摄取或扩散；以及清洁剂，所述清洁剂被配置为促进离子通过导电硅材料的流动。在一些实施例中，所述导电硅材料与(如关于图1所描述的)导电硅材料相同或相似。在一些实施例中，清洁剂与(如关于图1所描述的)清洁剂相同或相似。
在方法700的流程704处，电极的耦合部被耦合到外部计算系统。在一些实施例中，经由与(如关于图1所示并描述的)电耦合部110相同或相似的电耦合部来促进电极到外部计算系统的耦合。
在方法700的流程706处，经由电极的电极主体从对象的皮肤接收电信号和/或向对象的皮肤传送电信号。在一些实施例中，流程706通过与电极主体102相同或相似的电极主体以及与(如关于图1所示并描述的)的电极100相同或相似的电极来执行。
本公开的电极可以在患者可以带回家的便携式医学设备上使用。本公开的电极的其他应用可以包括其他皮肤电电极应用，诸如生物阻抗、心电图ECG(心脏活动)、脑电图EEG(大脑活动)、电阻抗断层摄影EIT(肺监测)、经皮神经电刺激TENS、皮肤电反应GSR(应力)等。在一些实施例中，所述电极可以是可以用于生物阻抗测量、生物电势测量和/或电刺激的导电皮肤界面。
在一些实施例中，本公开的电极可以用于增强睡眠。日常睡眠监测和增强设备可以在每天的基础上由问题睡眠者使用。具有良好信号质量并且提供舒适性和易用性的电极期望用于日常睡眠监测和增强设备。所述日常睡眠监测和增强设备可以是通常可以在睡眠期间监测脑电图(EEG)测量数据并且递送听觉刺激以诱发慢波的先进闭环设备。所述日常睡眠监测和增强设备可以包括在睡眠期间穿戴的头戴式受话器(即，头盔)、本公开的干皮肤电极、生物信号(EEG)放大器、以及无线音频设备。在所述日常睡眠监测和增强设备中使用的干电极为用户提供了易用性和舒适性，同时提供了良好的EEG信号质量。亦即，本公开的干电极具有与皮肤的低电阻抗，以便提供良好质量的EEG信号。
本专利申请的干硅电极已经在用于皮肤电感测的许多电极应用方面进行了评估，包括心电图ECG(心脏活动)、脑电图EEG(大脑活动)、皮肤电反应GSR(应力)等。
例如，参照图8-11，本专利申请的干硅电极已经在脑电图EEG(大脑活动)应用方面进行了评估，其中，已经进行本专利申请的干硅电极830与基于凝胶的电极840的比较。干硅电极830和基于凝胶的电极840两者都被放置在对象的头部的前额部分和耳朵后面的部分上。图8和图9图示了正在用于EEG测量的干硅电极830和基于凝胶的电极840的配置、位置和固定。来自干硅电极830和基于凝胶的电极840的EEG测量数据是同时记录的。例如，分别地，在信道B上记录来自干硅电极830的EEG测量数据，并且在信道A上记录来自基于凝胶的电极840的EEG测量数据。在EEG测量流程期间也使用共同的接地电极850。已经使用TMSI-Nexus10系统进行EEG测量。干硅电极830可以包括用于(一个或多个)电耦合部的卡扣互连构件。在一些实施例中，所述卡扣互连构件可以是(与皮肤绝缘的)金属卡扣互连构件。
已经测量了八个对象。每个对象已经完成了三次记录。一次记录包括由跟随有睁眼时段的三个闭眼时段的重复。两次记录使用三十秒时段，并且第三次记录使用六十秒时段。三十秒时段的两次记录被用作交叉检查。结果使用六十秒时段进行报告。EEG测量数据的性能指标是时域中的信号比较(例如，α波)；针对闭眼，功率谱在0.5Hz–30Hz的窗口中交叠，并且针对睁眼，功率谱在0.5Hz–30Hz的窗口中交叠。
图10和图11图示了从水凝胶电极840和干硅电极830获得的EEG测量数据的比较和交叠。如在图10和图11中所示的，EEG测量的十秒区段包括在第一秒内的清楚的α波，并且包括在测量数据的结束处的大的眼睛运动伪影(眼睛移动)。信号DSE示出了干硅电极信号，并且信号GE表示凝胶电极信号。在图11中，信号DSE和GE交叠，以示出其之间的相似性和差异。α波以及大的眼睛运动伪影两者示出了从水凝胶电极840和干硅电极830获得的数据之间的非常相当的结果。
实验/测试提供了本专利申请的干硅电极的性能比得上湿和凝胶电极的性能的证据。实验数据与湿和凝胶电极的标准进行比较并进行评测，所述湿和凝胶电极的标准已知用于良好信号质量(但是也具有如上文所讨论的其自己的缺点)。实验数据指示本专利申请的具有亲水导电硅材料和清洁剂添加剂的干硅电极解决了维持良好信号质量的那些问题。
这些实验的结果也指示存在凝胶和干硅电极的高水平交叠(以及随之的相似的电极特性)。这些实验的结果也指示针对干电极的运动伪影存在与针对凝胶电极的类似的量和外观。
也进行水摄取实验和重量损失实验，并且这些实验的结果指示本专利申请的电极材料(具有清洁剂添加剂的亲水导电硅)例如在一段时间(例如，几个月)内不变干。此外，这些实验的结果指示即使在将它们开放地储存在办公室环境中的数月之后本专利申请的电极也提供良好信号质量。同样地，在志愿者测试期间(其中，测试之间存在数天间隔)，重复使用相同的电极，并且没有特殊的包装被要求用于电极。这提供了本专利申请的电极在数天的使用内不变干或退化的进一步证据。
在一些实施例中，由清洁剂提供的额外离子可用于电极主体的亲水硅材料内的电荷转移，以及电极的经改善的导电性能。在一些实施例中，亲水性的效果通过清洁剂添加剂被引入到硅材料。本专利申请的干亲水硅电极的良好性能还可以通过相比于其他干电极材料的增强的离子转移来进行解释。
参照图12-15，本专利申请的干硅电极也已经在心电图ECG(心脏活动)应用方面进行评估，其中，已经进行了本专利申请的干硅电极1230与基于凝胶的电极1240的比较。图12的右手侧图像图示了干硅电极1230，而图12的左手侧图像图示了正在用于ECG测量的基于凝胶的电极1240和干硅电极1230。在ECG测量流程期间也使用共同的接地电极1250。共同的接地电极1250被定位在左乳房上。来自干硅电极1230和基于凝胶的电极1240的ECG测量数据是同时记录的。三种导联配置用于ECG测量，其中，第一信道用于干硅电极1230，第二信道用于基于凝胶的电极1240，并且第三信道用于共同的接地电极1250。例如，在一个信道上记录来自干硅电极1230的ECG测量数据，并且在第二信道上记录来自基于凝胶的电极1240的ECG测量数据。已经使用TMSI-Nexus10系统进行ECG测量。干硅电极1230是使用EK14030来制作的。
干硅电极1230可以包括1毫米的厚度并且具有18乘50乘1毫米的尺寸的几何配置。干硅电极1230可以包括用于(一个或多个)电耦合部的卡扣互连构件。在一些实施例中，所述卡扣互连构件可以是(与皮肤绝缘的)金属卡扣互连构件。
在静止(坐着)、站起来以及当场行走的重复时段的大约十五分钟内已经测量了四个对象。在一般三阶1Hz高通滤波之后，来自干硅电极1230和基于凝胶的电极1240的ECG数据信号看上去非常相似。ECG特性峰值P、Q、R、S、T在湿电极1240和干硅电极1230两者中是可见的。针对这两种电极类型尤其在预期的运动时段期间观察到运动伪影。
图13-15图示了从水凝胶电极1240和干硅电极1230获得的ECG测量数据的比较。图13图示了当对象处在静止位置(即，坐在椅子上)时来自湿/凝胶电极1240和干硅电极1230的ECG快照(例如，五秒)。图14图示了当对象正在执行躯干旋转(如在图14中所示的)时来自湿/凝胶电极1240和干硅电极1230的ECG数据。图15图示了当对象正在执行上下移动(如在图15中所示的)时针对湿/凝胶电极1240和干硅电极1230的ECG快照(例如，五秒)。
本专利申请的各种实施例的背景下，亲水材料是亲水硅，具有与合适的疏水材料相当的交联结构和/或交联密度。亲水硅具有正常硅主干，但是替代疏水甲基或苯基，这些基中的一些针对更亲水侧基进行交换。亲水侧基例如可以包含醇、羧酸、胺、酰胺和乙二醇功能基。
在权利要求中，被放置在括号之间的任何附图标记不应当被解释为限制权利要求。词语“包括”或“包含”不排除权利要求中列出的那些元件或步骤之外的元件或步骤存在。在列举若干器件的设备权利要求中，这些器件中的若干可以具体实现为一个相同的硬件项。元件前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。在列举若干器件的任何设备权利要求中，这些器件中的若干器件可以具体实现为一个相同的硬件项。在互不相同的从属权利要求中记载的特定元件的事实并不指示这些元件不能被组合使用。
尽管基于当前被认为是最实用和优选的实施例，出于例示的目的详细提供了以上提供的描述，应当理解，这样的详情仅出于所述目的，并且本公开不限于明确公开的实施例，而是相反地，旨在涵盖在权利要求的精神和范围内的修改和等效布置。例如，应当理解，在可能的范围内，本公开预期任何实施例的一个或多个特征能够与任何其他实施例的一个或多个特征相组合。

Claims (15)

1.一种被配置为提供与对象的皮肤的电接触的电极(100)，所述电极包括：
电极主体(102)，所述电极主体被配置为与所述对象的所述皮肤能移除地耦合，并且被配置为从所述对象的所述皮肤接收电信号和/或向所述对象的所述皮肤传送电信号，所述电极主体包括：
导电硅材料，所述导电硅材料被配置为实现水分从所述电极主体被设置在其上面的所述对象的所述皮肤的摄取或扩散；以及
清洁剂，所述清洁剂被配置为促进离子通过所述导电硅材料的流动；以及
电耦合部(110)，所述电耦合部促进将所述电极耦合到外部计算系统。
2.根据权利要求1所述的电极，其中，所述清洁剂被配置为将离子提供到所述导电硅材料中，并且其中，所述水分与所述离子的相互作用提供所述电极中的允许离子通过所述导电硅材料的所述流动的盐桥。
3.根据权利要求1所述的电极，其中，所述清洁剂被配置为与所述导电硅材料化学地结合。
4.根据权利要求1所述的电极，其中，所述导电硅材料是亲水硅材料或聚二甲基硅氧烷材料。
5.根据权利要求1所述的电极，其中，所述导电硅材料包括被填充有导电颗粒的硅材料，并且其中，所述导电颗粒选自包括以下项的组：石墨颗粒、碳颗粒、以及银颗粒。
6.一种用于经由电极(100)提供与对象的皮肤的电接触的方法(700)，所述电极包括电极主体(102)和电耦合部(112)，所述方法包括：
利用所述电极主体将所述电极与所述对象的所述皮肤能移除地耦合，所述电极主体包括导电硅材料和清洁剂，所述导电硅材料用于实现水分从所述电极主体被设置在其上面的所述对象的所述皮肤的摄取或扩散，所述清洁剂用于促进离子通过所述导电硅材料的流动；
经由所述电极主体的所述导电硅材料从所述对象的所述皮肤接收电信号和/或向所述对象的所述皮肤传送电信号；并且
将所述电极耦合到外部计算系统。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述清洁剂被配置为将离子提供到所述导电硅材料中，并且其中，所述水分与所述离子的相互作用提供所述电极中的允许离子通过所述导电硅材料的所述流动的盐桥。
8.根据权利要求6所述的方法，还包括将所述清洁剂与所述导电硅材料化学地结合。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述导电硅材料是亲水硅材料或聚二甲基硅氧烷材料。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述导电硅材料包括被填充有导电颗粒的硅材料，并且其中，所述导电颗粒选自包括以下项的组：石墨颗粒、碳颗粒、以及银颗粒。
11.一种被配置为提供与对象的皮肤的电接触的电极(100)，所述电极包括：
用于从所述对象的所述皮肤接收电信号和/或向所述对象的所述皮肤传送电信号的器件(102)，用于接收和/或传送的所述器件包括导电硅材料和清洁剂，所述导电硅材料用于实现水分从用于接收和/或传送的所述器件被设置在其上面的所述对象的所述皮肤的摄取或扩散，所述清洁剂用于促进离子通过所述导电硅材料的流动；以及
用于促进将所述电极耦合到外部计算系统的器件(110)。
12.根据权利要求11所述的电极，其中，所述清洁剂被配置为将离子提供到所述导电硅材料中，并且其中，所述水分与所述离子的相互作用提供所述电极中的允许离子通过所述导电硅材料的所述流动的盐桥。
13.根据权利要求11所述的电极，其中，所述清洁剂被配置为与所述导电硅材料化学地结合。
14.根据权利要求11所述的电极，其中，所述导电硅材料是亲水硅材料或聚二甲基硅氧烷材料。
15.根据权利要求11所述的电极，其中，所述导电硅材料包括被填充有导电颗粒的硅材料，并且其中，所述导电颗粒选自包括以下项的组：石墨颗粒、碳颗粒、以及银颗粒。
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