CN108670241A - 一种新型柔性印刷贴面电极阵列 - Google Patents
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Abstract
本发明属于穿戴式电子和传感器技术领域，涉及新型柔性印刷贴面电极阵列，其包括柔性印刷电路板，设置在柔性印刷电路板上的多个电极本体以及与外部信号采集模块连接的接口；柔性印刷电路板上设有多条导线，每个电极本体通过一条导线与接口连接；电极本体包括位于人脸前额区域的前额脑电信号采集电极、位于左右眼外侧的水平眼电信号采集电极、位于左眼或右眼下方位置的垂直眼电信号采集电极和位于人脸左侧或右侧的肌肉处的面部肌电信号采集电极。本发明可同时采集脑电、水平眼电、垂直眼电及面部肌电等多生理信号，极大简化了接线步骤，提高信号采集效率，电极可弯折，佩戴舒适，能维持高质量的信号采集。
Description
技术领域
本发明属于穿戴式电子和传感器技术领域，具体涉及一种用于多生理参数采集的新型柔性印刷贴面电极阵列。
背景技术
随着科学技术的发展，人们对身体、心理健康状况的关注日渐上升。人体的各种生物电信号，比如脑电、眼电、肌电等，能够反应人体的生理或心理特征。通过一些信号采集手段，将人体的这些生物电信号采集出来加以分析和处理，能够得到有效的人体数据信息，进而分析人体的健康程度或情绪状态。
现有的多生理参数采集通常使用涂导电膏的湿电极，在多导联信号采集时，耗时长，技术挑战性较大，尤其在多通道生理信号的采集时，难以避免因导线缠绕对受试者造成较大的不适感。现有的干电极采集技术能够一定程度上解决上述问题，但是现有干电极多是单个或少数几个电极在发际线下进行相关生物电信号的采集；而相关研究表面，要从采集到的脑电信号中获取有用信息，需要一定数量的电极阵列。因此，为了快捷方便的在前额区域使用电极阵列采集脑电信号，需要设计一款能够贴在人脸上的柔性印刷贴面电极。
发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种新型柔性印刷贴面电极阵列，电极可弯折，能更好的贴合皮肤，佩戴舒适，能够维持高质量的信号采集；并能够有效防止接线错误，提高信号采集效率，减少导线缠绕给受试者带来的不适感，有效改进现有的多生理参数采集技术。
本发明解决上述问题的技术方案如下：一种新型柔性印刷贴面电极阵列，包括柔性印刷电路板，设置在柔性印刷电路板上的多个电极本体以及与外部信号采集模块连接的接口；柔性印刷电路板上设有多条导线，每个电极本体通过一条导线与接口连接；
所述电极本体包括位于人脸前额区域的前额脑电信号采集电极、位于左右眼外侧的水平眼电信号采集电极、位于左眼或右眼下方位置的垂直眼电信号采集电极和位于人脸左侧或右侧的肌肉处的面部肌电信号采集电极。
优选地，所述电极本体还包括参考电极和接地电极；参考电极和接地电极分别位于左右耳后的颞骨乳突部。
优选地，所述前额脑电信号采集电极包括第一电极本体、第二电极本体和第三电极本体，第一电极本体、第二电极本体和第三电极本体分别设置在前额区域同一高度位置的左侧、中间及右侧。
优选地，所述第一电极本体、第二电极本体和第三电极本体相互间隔为35-50mm之间，距离眼睛的垂直高度在15mm-30mm之间。
优选地，所述面部肌电信号采集电极包括第一面部肌电信号采集电极、第二面部肌电信号采集电极；第二面部肌电信号采集电极在第一面部肌电信号采集电极的左下侧。
优选地，所述柔性印刷电路板包括绝缘基层、网格覆铜层及屏蔽膜层；绝缘基层上覆盖与地线连接的网格铜芯，所覆盖的网格铜芯形成网格覆铜层；屏蔽膜层设置在网格覆铜层上；多条导线印刷在绝缘基层上，并位于网格覆铜层与绝缘基层之间。
优选地，所述每个电极本体包括与导线连接的铜圈以及设置在铜圈上的电极；所述电极为水凝胶电极、硅胶基柔性干式电极或导电泡棉柔性干式电极。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明柔性印刷贴面电极采用柔性印刷电路板制作，在柔性印刷电路板上设置的电极阵列包括信号采集电极、参考电极与地电极，信号采集电极位置分布在人脸上多个区域。电极阵列的形状能够使信号采集电极精确地贴在固定的信号采集位置，同时采集人体脑电、眼电、肌电等多生理信号，也无需额外设置参考电极和地电极，极大简化了接线步骤，可有效提高防止接线错误，提高信号采集效率，减少导线对受试者的影响。
2、本发明柔性印刷贴面电极可弯曲，佩戴舒适，使用方便，操作简单，能够维持高质量的信号采集，可同时采集人体前额脑电、水平眼电、垂直眼电以及面部肌电等多个生理信号。
3、本发明柔性印刷贴面电极采用柔性印刷电路板制作，空白区域采用网格覆铜接地以增强电路的抗干扰作用，另外在印刷电路板的表面外加电磁屏蔽膜，以实现工频干扰的屏蔽，从而进一步提升抗干扰能力。
附图说明
图1为本发明的一种实施方式的结构示意图；
图2为本发明中柔性印刷电路板横截面结构示意图；
图3为本发明佩戴在人脸区域的使用状态示意图；
图4为本发明实际佩戴时接地电极或参考电极的佩戴位置示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明，但本发明的实施方式并不限于此实施例。
如图1，本发明柔性印刷贴面电极，包括柔性印刷电路板1，设置在柔性印刷电路板上的多个电极本体3-12以及与外部信号采集模块连接的接口13。柔性印刷电路板上设有多条导线2，每个电极本体通过一条导线与接口13连接。
如图2所示，柔性印刷电路板包括三层，分别为绝缘基层101、网格覆铜层102及屏蔽膜层103，其中网格覆铜层增强了电路的抗干扰能力，屏蔽膜层在电路中起到了电磁屏蔽的作用。多条导线印刷在绝缘基层上；绝缘基层上覆盖与地线连接的网格铜芯，所覆盖的网格铜芯形成网格覆铜层，使多条导线位于网格覆铜层与绝缘基层之间；屏蔽膜层设置在网格覆铜层上，该层屏蔽膜为由银浆印刷而成的金属屏蔽层，并在表面涂上聚酰亚胺或绝缘油墨等绝缘材料。
在本实施例中，导线的制作材料可采用铜、银、金等导电性能好的金属，制成绝缘基层的绝缘基材采用聚酰亚胺等高分子绝缘材料，每个电极本体包括与导线连接的圆形铜圈以及设置在圆形铜圈上的电极。柔性印刷电路板的形状由激光切割制成。
电极可采用水凝胶电极，也可采用硅胶基柔性干式电极、导电泡棉柔性干式电极等多种电极形式，例如采用石墨烯、硅胶或导电泡棉基材制成的电极。电极本体通过前述电极与铜圈相连，电极本体的外层覆盖水凝胶或导电织物粘胶，可有效与人体皮肤粘接，还可在电极周围增加一层医用胶带加固电极与人体的连接稳定性。
在如图1所示的实施例中，电极本体包括八个生理电信号采集电极、一个参考电极和一个接地电极；参见图3，其中第一电极本体3、第二电极本体4和第三电极本体5用于采集前额脑电信号，位于人脸前额区域；第四电极本体6、第五电极本体7用于采集水平眼电信号，分别位于左、右眼的外侧靠近太阳穴的位置；第六电极本体8用于采集垂直眼电信号，位于左眼或右眼下方位置，由于人的左右眼球的上下转动基本一致，所以垂直眼电信号采集往往只需要采集单侧的眼电即可；第七电极本体9、第八电极本体10用于采集面部肌电信号，均位于人脸左侧或右侧的肌肉处，用于监测人在说话、发笑或产生其他面部动作时的肌电信号电位变化，第七电极本体与第八电极本体采集所得肌电信号相减即为该段面部肌肉的电位差，反应肌肉活动引起的电位变化；第九电极本体11为接地电极，用于提升本发明贴面电极阵列的抗共模干扰能力；第十电极本体12为参考电极，与接地电极共同提供零电势参考点位。与参考电极和接地电极连接的导线采用弯折设计，是为了使电极位置能够绕到双侧耳后的乳突处。在本实施例中，与参考电极和接地电极连接的导线，其长度优选在90-110mm之间。
如图3所示为本发明在实际佩戴时的一个正面示意图，各个电极本体分别位于图中人脸的相应位置；参考电极和接地电极的位置见图4所示的侧面示意图，参考电极和接地电极分别贴放在左、右耳后的颞骨乳突部。
电极阵列的具体尺寸应保持在一个范围内，但是由于人脸的差异性，也不拘泥于某一固定尺寸。在实际应用时，可参考中国成年人头面部尺寸研究所给出的范围，本发明中电极阵列的八个信号采集电极在人脸区域的位置可以为：三个前额脑电信号采集电极(即第一电极本体3、第二电极本体4和第三电极本体5)分别设置在前额区域同一高度位置的左侧、中间及右侧，根据人脸两眼外宽的距离，设置该三个电极本体的相互间隔为35-50mm之间，贴在人脸前额眼睛上侧的头皮区域，其距离眼睛的垂直高度应在15mm-30mm之间；两个水平眼电信号采集电极(即第四电极本体6、第五电极本体7)，分别与前额位置的第一电极本体3和第三电极本体5间隔15-20mm，贴在左右眼的外侧靠近太阳穴的位置；垂直眼电信号采集电极(即第六电极本体8)设置在前额位置的第一电极本体3或第三电极本体5下侧约30-50mm位置；根据中国成年人面部尺寸中的面长，第一面部肌电信号采集电极(即第七电极本体9)位于右眼下侧40-60mm之间，即位于第三电极本体5下侧55-80mm之间，第二面部肌电信号采集电极(即第七电极本体10)在第一面部肌电信号采集电极的左下侧，与第一面部肌电信号采集电极的水平距离约为10-20mm，垂直距离约为10-20mm。
由于人面部尺寸存在差异，并且在实际的信号采集过程中对具体的采集位置并不要求精确到mm级别，因此在上面所给出的范围内进行电极阵列的设计均可以保证能够在指定的信号位置采集到精确有效的生理电信号。
从以上可知，本发明柔性印刷电极阵列采用柔性印刷电路板制作，空白区域采用网格覆铜接地增强电路的抗干扰作用，另外在印刷电路板的表面外加电磁屏蔽膜来屏蔽工频干扰以及进一步提升抗干扰能力。该柔性印刷电极可同时采集人体前额脑电、水平眼电、垂直眼电以及面部肌电等多生理信号，通过柔性电路板极大简化了接线步骤，可以有效防止接线错误，提高了信号采集效率，减少导线对受试者的影响，电极可弯折，佩戴舒适，能够维持高质量的信号采集，操作简单，使用方便，能够广泛使用于与医疗、科研以及日常用途的面部多生理参数信号采集。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以想到各种变形或修改，但在不脱离本公开精神的前提下，做出的所有修改和替换都将落入所附权利要求定义的本公开保护范围内。
Claims (10)
1.一种新型柔性印刷贴面电极阵列，其特征在于，包括柔性印刷电路板，设置在柔性印刷电路板上的多个电极本体以及与外部信号采集模块连接的接口；柔性印刷电路板上设有多条导线，每个电极本体通过一条导线与接口连接；
所述电极本体包括位于人脸前额区域的前额脑电信号采集电极、位于左右眼外侧的水平眼电信号采集电极、位于左眼或右眼下方位置的垂直眼电信号采集电极和位于人脸左侧或右侧的肌肉处的面部肌电信号采集电极。
2.根据权利要求1所述的新型柔性印刷贴面电极阵列，其特征在于，所述电极本体还包括参考电极和接地电极；参考电极和接地电极分别位于左右耳后的颞骨乳突部。
3.根据权利要求1所述的新型柔性印刷贴面电极阵列，其特征在于，所述前额脑电信号采集电极包括第一电极本体、第二电极本体和第三电极本体，第一电极本体、第二电极本体和第三电极本体分别设置在前额区域同一高度位置的左侧、中间及右侧。
4.根据权利要求3所述的新型柔性印刷贴面电极阵列，其特征在于，所述第一电极本体、第二电极本体和第三电极本体相互间隔为35‐50mm之间，距离眼睛的垂直高度在15mm‐30mm之间。
5.根据权利要求1所述的新型柔性印刷贴面电极阵列，其特征在于，所述水平眼电信号采集电极设有两个，分别位于左、右眼的外侧靠近太阳穴的位置。
6.根据权利要求1所述的新型柔性印刷贴面电极阵列，其特征在于，所述面部肌电信号采集电极包括第一面部肌电信号采集电极、第二面部肌电信号采集电极；第二面部肌电信号采集电极在第一面部肌电信号采集电极的左下侧。
7.根据权利要求6所述的新型柔性印刷贴面电极阵列，其特征在于，所述第二面部肌电信号采集电极与第一面部肌电信号采集电极的水平距离为10‐20mm，垂直距离为10‐20mm。
8.根据权利要求1所述的新型柔性印刷贴面电极阵列，其特征在于，所述柔性印刷电路板包括绝缘基层、网格覆铜层及屏蔽膜层；绝缘基层上覆盖与地线连接的网格铜芯，所覆盖的网格铜芯形成网格覆铜层；屏蔽膜层设置在网格覆铜层上；多条导线印刷在绝缘基层上，并位于网格覆铜层与绝缘基层之间。
9.根据权利要求1所述的新型柔性印刷贴面电极阵列，其特征在于，所述每个电极本体包括与导线连接的铜圈以及设置在铜圈上的电极；所述电极为水凝胶电极、硅胶基柔性干式电极或导电泡棉柔性干式电极。
10.根据权利要求9所述的新型柔性印刷贴面电极阵列，其特征在于，所述每个电极本体的外层覆盖水凝胶或导电织物粘胶。
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