CN109771816A - 一种降低电极边缘电流密度的经颅电刺激电极 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低电极边缘电流密度的经颅电刺激电极，所述经颅电刺激电极由柱状导电材料和绝缘材料构成，其中，多个柱状导电材料由内到外同轴嵌套，同一电极中各柱状导电材料之间用绝缘材料隔离，各柱状导电材料的高度由内到外依次增大，最内层的柱状导电材料为实心柱状或者空心柱状，除最内层外的其他柱状导电材料均是空心柱状。本发明通过改变内外层柱状导电材料的高度，调节其与头皮接触面各点所在通路的阻抗使之匹配，实现各柱状体与头皮接触面的边缘电流密度均衡，降低了电极‑头皮接触面的边缘电流密度。从而降低了边缘电流密度过大带来的副作用，为更高的刺激电流幅值提供了可能的技术手段。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，更具体地，涉及一种降低电极边缘电流密度的经颅电刺激电极。
背景技术
经颅电刺激(Transcranial Electrical Stimulation，tES)是一种非侵入性神经刺激技术，根据不同的电流形式可以分为：经颅直流电刺激(Transcranial DirectCurrent Stimulation，tDCS)、经颅交流电刺激(Transcranial Alternating CurrentStimulation，tACS)、经颅随机噪声刺激(Transcranial Random Noise Stimulation，tRNS)。经颅电刺激的原理是从头皮经颅输送特定的、低强度电流(-2～+2mA，2mA以上仅用于科学研究)到特定脑区，进而在特定区域产生特定幅值的电场，通过调节神经元电位，改变大脑神经元活动，调节皮层兴奋性，达到调控焦虑、抑郁症等精神障碍，提高决策认知能力的目的。同时，经颅电刺激在脑卒中康复、慢性疼痛和癫痫等疾病治疗中有广泛应用。经颅电刺激具有非侵入、安全和低成本等优点，并有望成为药物和手术治疗的辅助手段。
刺激电流幅值和电极形状拓扑等关键参数是影响直流电刺激效果的重要因素，国内外关于刺激电极拓扑的研究众多，但对于电极形状的研究相当匮乏。如图1所示，传统的电极采用如下结构：金属或橡胶电极下垫以水凝胶、导电橡胶或带有导电溶液的海绵电极(圆形或方形结构)。然而，这种电极会使得电极-头皮分界面边缘电流密度过大。这是因为电极和脑部接触面两边电导率和面积的不一致，进而使得接触面上的各个点所在电流通路阻抗值不一致。由于接触面边缘上的各点所在通路的阻抗值，小于接触面其他部分各点所在通路的阻值，使得电极-头皮接触面的边缘电流密度过大。据相关研究显示，过高的电流密度会造成一些刺激过程中的副作用，比如灼伤皮肤、红肿、刺痛等副作用。因此，降低电极-皮肤接触面边缘过高的电流密度是经颅电刺激亟待解决的一个问题。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决现有技术经颅电刺激过程中电极-头皮接触面边缘电流密度过大的技术问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种降低电极边缘电流密度的经颅电刺激电极，所述经颅电刺激电极由柱状导电材料和绝缘材料构成，其中，多个柱状导电材料由内到外同轴嵌套，同一电极中各柱状导电材料之间用绝缘材料隔离，各柱状导电材料的高度由内到外依次增大，最内层的柱状导电材料为实心柱状或者空心柱状，除最内层外的其他柱状导电材料均是空心柱状。
具体地，所述实心柱状导电材料为圆柱体、正方体、椭圆柱或其他不规则柱状体；所述空心柱状导电材料对应地为空心圆柱体、空心正方体、空心椭圆柱或其他空心不规则柱状体。
具体地，所述柱状导电材料的数量为2～20个。
具体地，所述柱状导电材料为带有导电液体的海绵、导电水凝胶或导电橡胶。
具体地，相邻柱状导电材料横向距离与材料电导率成反比，与头皮电导率成反比。
具体地，相邻柱状导电材料高度差与材料电导率成正比，与头皮电导率成反比，与相邻柱状导电材料横向距离成正比。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明通过改变内外层柱状导电材料的高度，调节其与头皮接触面各点所在通路的阻抗使之匹配，实现各柱状体与头皮接触面的边缘电流密度均衡，降低了电极-头皮接触面的边缘电流密度。从而降低了边缘电流密度过大带来的副作用，为更高的刺激电流幅值提供了可能的技术手段。
附图说明
图1为传统圆形电极立体结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种降低电极边缘电流密度的经颅电刺激电极立体结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种降低电极边缘电流密度的经颅电刺激电极垂直剖面图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图2所示，一种降低电极边缘电流密度的经颅电刺激电极，所述经颅电刺激电极由柱状导电材料和绝缘材料构成，其中，多个柱状导电材料由内到外同轴嵌套，同一电极中各柱状导电材料之间用绝缘材料隔离，各柱状导电材料的高度由内到外依次增大，最内层的柱状导电材料为实心柱状或者空心柱状，除最内层外的其他柱状导电材料均是空心柱状。
所述实心柱状导电材料1为圆柱体、正方体、椭圆柱或其他不规则柱状体。所述空心柱状导电材料2对应地为空心圆柱体、空心正方体、空心椭圆柱或其他空心不规则柱状体。
所述柱状导电材料的数量为2～20个。
所述柱状导电材料为带有导电液体的海绵、导电水凝胶或导电橡胶。相邻柱状导电材料横向距离3(等于绝缘材料厚度)由材料电导率和头皮电导率共同决定，与材料电导率成反比，与头皮电导率成反比。相邻柱状导电材料高度差4由材料电导率、头皮电导率和横向距离3共同决定，与材料电导率成正比，与头皮电导率成反比，与横向距离成正比。
如图3所示，相较实心圆柱体1，空心圆柱体2到头皮上的另外一个相反极性的电极距离更近，所以其接触面到相反极性电极之间的阻抗值更小。同理，相较空心圆柱体2，实心圆柱体1到头皮上的另外一个相反极性的电极距离更远，所以其接触面到相反极性电极之间的阻抗值更大。若不对高度加以调制，1和2并联通电时，会使得2的电流大于1的电流，相同电极面积下，从而圆柱体2的接触面电流较大。
本发明所设计的降低电极边缘电流密度的经颅电刺激电极，利用各圆柱体的高度差，调节柱体的阻抗值，实现降低电极边缘电流密度。本发明通过调节圆柱体1和2之间的高度差，使得较高的2有更高的电极阻抗，较矮的1有更低的电极阻抗。最终效果是，使得圆柱体1和圆柱体2的总的通路阻抗(电极阻抗和接触面到反极性电极阻抗之和)匹配，从而实现各通路电流相同，降低各外层电极电流密度。
以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种降低电极边缘电流密度的经颅电刺激电极，其特征在于，所述经颅电刺激电极由柱状导电材料和绝缘材料构成，其中，多个柱状导电材料由内到外同轴嵌套，同一电极中各柱状导电材料之间用绝缘材料隔离，各柱状导电材料的高度由内到外依次增大，最内层的柱状导电材料为实心柱状或者空心柱状，除最内层外的其他柱状导电材料均是空心柱状。
2.如权利要求1所述的经颅电刺激电极，其特征在于，所述实心柱状导电材料为圆柱体、正方体、椭圆柱或其他不规则柱状体；所述空心柱状导电材料对应地为空心圆柱体、空心正方体、空心椭圆柱或其他空心不规则柱状体。
3.如权利要求1所述的经颅电刺激电极，其特征在于，所述柱状导电材料的数量为2～20个。
4.如权利要求1所述的经颅电刺激电极，其特征在于，所述柱状导电材料为带有导电液体的海绵、导电水凝胶或导电橡胶。
5.如权利要求1所述的经颅电刺激电极，其特征在于，相邻柱状导电材料横向距离与材料电导率成反比，与头皮电导率成反比。
6.如权利要求1所述的经颅电刺激电极，其特征在于，相邻柱状导电材料高度差与材料电导率成正比，与头皮电导率成反比，与相邻柱状导电材料横向距离成正比。
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