CN109106366A - 一种可穿戴式生物电信号采集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可穿戴式生物电信号采集装置，包括柔性电极阵列和电极座；所述的电极座中部设有容纳粘性导电介质的空腔；所述的柔性电极阵列设有电极传感区、导电线路和接插端；所述的导电线路一端连接电极传感区，另一端与接插端连接；所述的电极座与柔性电极阵列连接。该装置结构简单，采用柔性电极阵列替代导线，配装方便，工艺简单，制作成本较低，且能大规模生产与加工。
Description
技术领域
本发明涉及一种可穿戴式生物电信号采集装置，属于脑电、心电、肌电等生物电信号检测、传输技术领域，特别适合脑电信号记录。
背景技术
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。随着大数据、云计算、移动医疗等新兴技术的快速发展，催生了基于现实生活场景的脑电应用。
脑电采集装置是脑电应用的关键技术之一。现有技术脑电采集装置一般为脑电电极帽，电极帽上按国际脑电定位系统安装有电极固定座，电极片焊接有导线，电极片固定于电极固定座内，导线排布于帽体上。工艺非常复杂，通常包括电极片压制、电极片焊接、焊点密封、导线压接、导线排布等工序，这些工序很难实现规模化生产。且每个电极都需与导线连接，由于脑电记录一般同时记录20通道以上的信号，因此需花费大量的时间将理清导线，并将其固定于帽体上，以避免导线的头皮上的缠绕。这无疑也增加脑电电极帽的生产成本，因此很难作为一次性耗材使用，因此不适应于容易引发感染的场景（如急诊室）的脑电记录。因此亟需发展低成本、装配简单、使用方便、信号可靠且能规模化生产的脑电采集装置。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术的缺陷，提供一种可穿戴式生物电信号采集装置，其结构简单，采用柔性电极阵列替代导线，配装方便，工艺简单，制作成本较低，且能大规模生产与加工。
本发明技术方案是：
一种可穿戴式生物电信号采集装置，包括柔性电极阵列和电极座；所述的电极座中部设有容纳导电粘性介质的空腔；所述的柔性电极阵列设有电极传感区、导电线路和接插端；所述的导电线路一端连接电极传感区，另一端与接插端连接；所述的电极座与柔性电极阵列连接。
进一步的技术方案如下：
所述的一种可穿戴式生物电信号采集装置，其传感区背面还设有补强板。
所述的一种可穿戴式生物电信号采集装置，其柔性电极阵列的传感区粘结于电极座上。
所述的一种可穿戴式生物电信号采集装置，其电极座上设有卡槽，用于将传感区卡接固定于电极座上。
所述的一种可穿戴式生物电信号采集装置，其电极座侧边设有插口，通过该插口将电极传感区固定。
所述的一种可穿戴式生物电信号采集装置，其电极座由柔性材料制成。
所述的一种可穿戴式生物电信号采集装置，其电极座由刚性材料制成，所述的插口外侧设有锁紧件。
所述的一种可穿戴式生物电信号采集装置，其电极座与补强板为一体式结构。
所述的一种可穿戴式生物电信号采集装置，其电极座位于支撑体上的电极定位孔内，所述的电极定位孔周边的支撑体镶嵌于电极座外周的凹槽内。
所述的一种可穿戴式生物电信号采集装置，其电极传感区设有溢出孔；所述的柔性电极阵列通过溢出孔溢出的导电粘性介质粘结于支撑体上。
所述的一种可穿戴式生物电信号采集装置，其支撑体上还设有定位标识。
所述的一种可穿戴式生物电信号采集装置，其支撑体罩于柔性电极阵列表面。
所述的一种可穿戴式生物电信号采集装置，其电极座的下端面还设有粘结层。
所述的一种可穿戴式生物电信号采集装置，其支撑体为帽状，或头套状，或背心状，或筒状，或条带状。
所述的一种可穿戴式生物电信号采集装置，其导电线路为柔性线路板工艺制成的镀金铜箔，或由导电浆料经丝网印刷而成，所述的导电浆料为银浆、导电碳浆、碳银复合浆料的一种或多种；所述的电极传感区由银浆、银/氯化银浆、复合银/氯化银浆经印刷或涂覆工艺制成。
本发明的有益效果显著：
本发明提供的可穿戴式生物电信号采集装置，利用丝网印技术在柔性电路板上印刷银/氯化银电极传感区，利用丝网印刷或柔性线路板工艺制作导电线路，避免了导线的使用，且无需使用银/氯化银粉末电极片，避免了电极片与导线的焊接环节，极大简化制作工艺，降低了制作成本，装配简单，且能大规模生产和加工。
本发明提供的可穿戴式生物电信号采集装置，电极座与柔性电极阵列通过卡接、插入等方式实现可拆卸固定，便于柔性电极阵列的更换和调整，同时柔性电极阵列可作为一次性耗材使用。电极座与柔性电极阵列通过粘结固定，整体可作为一次性耗材使用。电极支撑体也可作为一次性耗材使用。此外，电极座采用柔性材料，佩戴舒适，适合长程睡眠监测和睡眠监测。
附图说明
图1为第一种可穿戴式生物电信号采集装置的剖视图和俯视图，所述的柔性电极阵列与电极座通过粘结的方式连接。
图2为第二种可穿戴式生物电信号采集装置的剖视图和俯视图，所述的电极座上设有卡槽，所述的柔性电极阵列通过卡槽卡接固定于电极座上。
图3为第三种可穿戴式生物电信号采集装置的剖视图和俯视图，所述的电极座为柔性材料制成，其侧边设有插口，将柔性电极阵列插入并固定。
图4为第四种可穿戴式生物电信号采集装置的示意图，无支撑体，电极座通过空腔内容纳的粘性导电介质固定。
图5为柔性电极阵列的结构示意图。
附图中各标记名称为：1—柔性电极阵列，1.1—电极传感区，1.2—导电线路，1.3—接插端，1.4—溢出孔，1.5—粘性导电介质，2—电极座，2.1—空腔，2.2—卡槽，2.3—插口，2.4—凹槽，2.5—粘结层，3—补强板，4—支撑体。
具体实施方式
下面结合附图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1-5，一种可穿戴式生物电信号采集装置，包括柔性电极阵列1和电极座2；所述的电极座2中部设有容纳粘性导电介质的空腔2.1；所述的柔性电极阵列1设有电极传感区1.1、导电线路1.2和接插端1.3；所述的导电线路1.2一端连接电极传感区1.1，另一端与接插端1.3连接；所述的电极座2与柔性电极阵列1连接。优点是：该生物电信号采集装置采用柔性电极阵列技术，替代了传统电极的导线，工艺相对简单，制作成本较低，可大规模加工生产。而现有技术电极一般采用电极片与导线连接的方案，通常包括压制电极片（或镀电极片）、电极片焊接、焊点密封、导线压接等工艺，生产工艺复杂，且难以规模化生产。此外，通过粘性导电介质将柔性电极阵列固定于头皮上，无需额外的支撑体（如帽体、条带等）也能实现柔性电极阵列与皮肤的接触，结构简单，成本较低，可作为一次性耗材使用。
实施例2：是本发明进一步的实施例。如图1、4所示，所述的柔性电极阵列1的传感区1.1粘结于电极座2上，所述的传感区1.1背面还设有补强板3，用于增强柔性电极的厚度，便于拿取。必要时，补强板2上可设置手持部。装配方便简单，使用时只需轻按通过电极座2空腔内2.1的粘性导电介质与待测皮肤固定。此外，导电粘性介质（如导电胶、导电膏、导电粘性凝胶）可预置于电极座的空腔2.1内，柔性电极阵列1及电极座2整体可抛弃，作为一次性产品使用，特别适合急诊室等易发生交叉干扰场所使用；也可重复使用，节约使用成本。
实施例3：是本发明进一步的实施例。如图2所示，所述的电极座2上设有卡槽2.2，用于将电极传感区1.1卡接固定于电极座2上，电极传感区1.1朝向空腔2.1内，以便接触导电粘性介质形成信号传输通路。所述的电极传感区1.1背面还设有补强板3，用于增强电极传感区的厚度，便于卡接和增强卡接的牢固性。优点是柔性电极阵列1与电极座2可拆卸连接，方便更换和调整柔性电极阵列。此外，柔性电极阵列可单独作为一次性耗材使用。
实施例4：是本发明进一步的实施例。如图3所示，所述的电极座2由柔性材料（如硅胶、软塑料、软橡胶等）制成，佩戴舒适，不会产生压痕，适合长程脑电记录和睡眠监测。电极座2一侧设有插口2.3，通过该插口2.3将电极传感区1.1固定，利用柔性材料的收缩性将柔性电极阵列固定牢靠。相应地，电极座的对侧设有插槽或插口，以便更好地固定传感区。所述的电极传感区1.1背面还设有补强板3，以便顺利插入插口，增强固定的牢靠性。所述的柔性材料为硅胶、软塑料、软橡胶的一种。
实施例5：是本发明进一步的实施例。所述的电极座2由刚性材料制成，所述的插口2.3外侧设有锁紧件，插入时将锁紧件向上拨动，插入后将锁紧件向下拨动扣住柔性电极阵列的补强板3。优点是柔性电极阵列插入更加顺利。
实施例6：是本发明进一步的实施例。所述的电极座2与补强板3为一体式结构，电极座2通过粘结、卡接、插入等方式与柔性电极阵列1连接，好处是结构更加简单，装配更加方便。
实施例7：是本发明进一步的实施例。在实施例2-6的基础上，如图2-4所示，所述的可穿戴式生物电信号采集装还包括支撑体4，所述的电极座2位于支撑体4上的电极定位孔内，所述的电极定位孔周边的支撑体镶嵌于电极座外周的凹槽2.4内。优点是：支撑体能进一步加强柔性电极阵列与待测皮肤的接触稳定性。此外，电极座可预先固定于支撑体上，通过卡接、插入等可拆卸的方式与柔性电极阵列固定，便于更换和调整。支撑体可反复使用，柔性电极阵列可一次性使用。
实施例8：是本发明进一步的实施例。在实施例2-6的基础上，所述的可穿戴式生物电信号采集装置还包括支撑体4，所述的电极传感区1.1设有溢出孔1.4；所述的柔性电极阵列1通过溢出孔1.4溢出的粘性导电介质粘结于支撑体4上。为方便定位和装配，所述的支撑体上还设有定位标识。此时，支撑体4甚至可用廉价的材料（如纸、塑料膜）制成一次性帽，极大地降低成本，整个装置可作为一次性产品使用。使用时，先填粘性导电介质，将使其从溢出孔1.4少量溢出，粘于支撑体1上的定位标识处，使用非常方便快捷。
实施例9：是本发明进一步的实施例。在实施例2-6的基础上，所述的可穿戴式生物电信号采集装置还包括支撑体4，所述的支撑体4罩于柔性电极阵列1的表面，以进一步加强柔性电极阵列与皮肤的接触稳定。此时支撑体可以廉价的网帽或头套，整个装置可作为一次性产品使用。
实施例10：是本发明进一步的实施例。如图2所示，所述的电极座（2）的下端面上还设有粘结层（2.5），以进一步增强柔性电极阵列与皮肤间的接触稳定性，保证生物电信号的稳定记录。
实施例11：是本发明进一步的实施例。所述的支撑体4为帽状，或头套状，或背心状，或筒状，或条带状。所述的支撑上还设有无线放大器，所述柔性电极阵列直接与无线放大器电连接，特别适合移动场景的脑电应用。所述的电极阵列能采集脑电信号，或/和心电信号，或/和肌电信号，应用非常广泛。
实施例12：是本发明进一步的实施例。如图5所示，所述的柔性电极阵列1的电极传感区1.1由银浆或银/氯化银浆经丝网印刷而成，所述的导电线路1.2由导电浆料经丝网工艺而成，所述的导电浆料为银浆、导电碳浆、碳银复合浆料的一种或多种。当所述的导电线路1.2为采用柔性线路板（FPC）工艺制成的镀金铜箔，电极传感区1.1为银浆或银/氯化银浆经印刷或涂覆而成，则属于等同的实施例。这两种工艺均能规模化生产。采用丝网印刷工艺时，柔性电极阵列的基底优选聚酰亚胺（PI）或聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。采用柔性线路板工艺时，所述的柔性电极阵列的基底优选聚酰亚胺（PI）。
本发明上述实施例，仅为示范性的进一步说明技术方案、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 (15)
1.一种可穿戴式生物电信号采集装置，其特征在于，包括柔性电极阵列（1）和电极座（2）；所述的电极座（2）中部设有容纳粘性导电介质的空腔（2.1）；所述的柔性电极阵列（1）设有电极传感区（1.1）、导电线路（1.2）和接插端（1.3）；所述的导电线路（1.2）一端连接电极传感区（1.1），另一端与接插端（1.3）连接；所述的电极座（2）与柔性电极阵列（1）连接。
2.根据权利要求1所述的一种可穿戴式生物电信号采集装置，其特征在于，所述的电极传感区（1.1）背面还设有补强板（3）。
3.根据权利要求2所述的一种可穿戴式生物电信号采集装置，其特征在于，所述的电极阵列（1）的电极传感区（1.1）粘结于电极座（2）上。
4.根据权利要求2所述的一种可穿戴式生物电信号采集装置，其特征在于，所述的电极座（2）上设有卡槽（2.2），将电极传感区（1.1）卡接固定于电极座（2）上。
5.根据权利要求2所述的一种可穿戴式生物电信号采集装置，其特征在于，所述的电极座（2）侧边设有插口（2.3），电极传感区（1.1）插入该插口（2.2）并固定。
6.根据权利要求5所述的一种可穿戴式生物电信号采集装置，其特征在于，所述的电极座（2）由柔性材料制成。
7.根据权利要求5所述的一种可穿戴式生物电信号采集装置，其特征在于，所述的电极座（2）由刚性材料制成，所述的插口外侧设有锁紧件。
8.根据权利要求2所述的一种可穿戴式生物电信号采集装置，其特征在于，所述的电极座（2）与补强板（3）为一体式结构。
9.根据权利要求1所述的一种可穿戴式生物电信号采集装置，其特征在于，所述的电极座位于支撑体（4）上的电极定位孔内，所述的电极定位孔周边的支撑体镶嵌于电极座外周的凹槽（2.4）内。
10.根据权利要求1所述的一种可穿戴式生物电信号采集装置，其特征在于，所述的电极传感区（1.1）设有一个或多个溢出孔（1.4）；所述的柔性电极阵列（1）通过溢出孔（1.4）溢出的粘性导电介质粘结于支撑体上（4）。
11.根据权利要求10所述的一种可穿戴式生物电信号采集装置，其特征在于，所述的支撑体上（4）还设有定位标识。
12.根据权利要求1所述的一种可穿戴式生物电信号采集装置，其特征在于，所述的支撑体（4）罩于柔性电极阵列（1）表面。
13.根据权利要求1所述的一种可穿戴式生物电信号采集装置，其特征在于，所述的电极座（2）的下端面还设有粘结层（2.5）。
14.根据权利按要求1所述的一种可穿戴式生物电信号采集装置，其特征在于，所述的支撑体（4）为帽状，或头套状，或背心状，或筒状，或条带状。
15.根据权利要求1所述的一种可穿戴式生物电信号采集装置，其特征在于，所述的导电线路（1.2）为柔性线路板工艺制成的镀金铜箔，或由导电浆料经丝网印刷而成，所述的导电浆料为银浆、导电碳浆、碳银复合浆料的一种或多种；所述的电极传感区（1.1）由银浆、银/氯化银浆、复合银/氯化银浆经印刷或涂覆工艺制成。
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