CN110916651A - 一种皮肤干电极 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种皮肤干电极，包括记录电极、接地电极和参考电极，所述记录电极的一端、所述接地电极的一端和所述参考电极的一端相连后通过外接接口和信号采集设备连接，其中，所述记录电极、接地电极和参考电极分别包括导电织物、弹性支撑体和导电连接部，所述导电织物贴覆在所述弹性支撑体上，所述记录电极中的导电织物通过外接接口向所述信号采集设备提供电信号，所述接地电极中的导电织物通过外接接口向所述信号采集设备提供接地信号，所述参考电极中的导电织物通过外接接口向所述信号采集设备提供参考信号，可以长期使用，无需借助导电膏等粘性材料，无需专业人士，且制作简单、成本低，可以有效防止运动导致的接触阻抗变化。

Description

一种皮肤干电极
技术领域
本发明实施例涉及生物医学工程技术领域，尤其涉及一种皮肤干电极。
背景技术
皮肤电极在临床上广泛应用于生物电信号的测量，以检测疾病的状态或医用和民用的注意力、放松程度和睡眠状态等，包括心电、脑电及肌电信号等。目前，常见的皮肤电极有湿电极、干电极和电容电极。
湿电极多采用银-氯化银电极或其他纯金属电极，利用这种湿电极采集脑电等信号时可以提供较低的接触阻抗，但在使用前需要进行皮肤准备且在电极表面涂抹导电膏，需要有专业机构专业人士指导，而导电膏很容易变干且变干后采集效果较差，还容易粘在皮肤或毛发上，难以清洗，不仅成为脑电信号长期采集的瓶颈，还需要花费大量的时间精力对这种湿电极进行调试和维护。
干电极和电容电极的使用可以避免导电膏，但由于干电极通常采用接触式电极，导电部分采用金属导体，在运动状态下容易对人体带来损伤，并且接触面积的改变也会降低信号的质量，不适用于长期使用。电容电极是在不锈钢基底上镀一层电容电介质，尽管可以解决一部分问题，但制作工艺复杂，工序繁多，成本高，而且信噪比较高。也有一些电极结构中通过采用弹簧来降低阻抗，但制作工艺相对复杂，成本较高，而且如果接触面积较小，会因压强过大带来局部皮肤红肿甚至发炎，引起不适。
发明内容
本发明提供一种皮肤干电极，可以长期使用，无需借助导电膏等粘性材料，无需专业人士，且制作简单、成本低，可以有效防止运动导致的接触阻抗变化。
本发明实施例提供了一种皮肤干电极，包括记录电极、接地电极和参考电极，所述记录电极的一端、所述接地电极的一端和所述参考电极的一端相连后通过外接接口和信号采集设备连接，其中，
所述记录电极、接地电极和参考电极分别包括导电织物、弹性支撑体和导电连接部，所述导电织物贴覆在所述弹性支撑体上，所述记录电极中的导电织物通过外接接口向所述信号采集设备提供电信号，所述接地电极中的导电织物通过外接接口向所述信号采集设备提供接地信号，所述参考电极中的导电织物通过外接接口向所述信号采集设备提供参考信号。
进一步的，所述导电织物通过金属和非金属混合线材织成，金属的成分包括镍、锌、银、铅、铜和铂中的至少一种，非金属的成分包括尼龙、蚕丝蛋白、聚酰亚胺和聚氨酯中的至少一种。
进一步的，所述弹性支撑体为海绵或弹性硅橡胶。
进一步的，所述海绵为聚氨酯海绵、聚乙烯海绵和聚苯乙烯海绵中的一种，所述弹性硅橡胶的成分包括硅元素、氧元素、碳元素和硫元素中的至少一种元素。
进一步的，所述记录电极、所述接地电极和所述参考电极中的导电连接部分别通过导线与对应的外接接口连接。
进一步的，所述导线为尾巴线、单股导线、多股导线和排线中的一种。
进一步的，所述导电连接部包括金属片、焊锡、导电胶，所述导电织物通过所述焊锡与所述金属片连接，所述金属片通过所述导电胶与所述导线连接。
进一步的，所述皮肤干电极还包括弹性非导电布，所述弹性非导线布的两端设置有粘贴片，所述记录电极、所述接地电极和所述参考电极设置在所述弹性非导电布上。
进一步的，所述记录电极的数量至少为一个。
本发明实施例提供一种皮肤干电极，包括记录电极、接地电极和参考电极，所述记录电极的一端、所述接地电极的一端和所述参考电极的一端相连后通过外接接口和信号采集设备连接，其中，所述记录电极、接地电极和参考电极分别包括导电织物、弹性支撑体和导电连接部，所述导电织物贴覆在所述弹性支撑体上，所述记录电极中的导电织物通过外接接口向所述信号采集设备提供电信号，所述接地电极中的导电织物通过外接接口向所述信号采集设备提供接地信号，所述参考电极中的导电织物通过外接接口向所述信号采集设备提供参考信号，可以长期使用，无需借助导电膏等粘性材料，无需专业人士，且制作简单、成本低，可以有效防止运动导致的接触阻抗变化。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种皮肤干电极的结构图；
图2为本发明实施例提供的一种皮肤干电极放置位置的示意图；
图3为本发明实施例提供的一种记录电极的示意图；
图4为一种医用脑电图机接口的示意图；
图5为一种电子插针外接接口的示意图；
图6为一种微型神经外接接口的示意图；
图7为一种弹性非导电布的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明实施例提供一种皮肤干电极，可用于采集脑电和/或心电等信号，完成疾病或行为状态的检测。具体的，图1为发明实施例提供的一种皮肤干电极的结构图。该皮肤干电极包括记录电极120、接地电极110和参考电极130，所述记录电极120的一端、所述接地电极110的一端和所述参考电极130的一端相连后通过外接接口和信号采集设备140连接。
其中，所述记录电极120、接地电极110和参考电极130分别包括导电织物、弹性支撑体和导电连接部，所述导电织物贴覆在所述弹性支撑体上，所述记录电极120中的导电织物通过外接接口121向所述信号采集设备140提供电信号，所述接地电极110中的导电织物通过外接接口111向所述信号采集设备140提供接地信号，所述参考电极130中的导电织物通过外接接口131向所述信号采集设备140提供参考信号。
具体的，皮肤干电极是一种可以采集脑电、心电等信号的装置，包括记录电极120、接地电极110和参考电极130，其中，记录电极120用于采集脑电或心电等信号，可以放置于皮肤裸露的位置，例如前额，以减少毛发对脑电或心电等信号的干扰，提高脑电信号采集的精度，同时也便于记录电极120与皮肤的贴合，实施例中以采集脑电信号为例。接地电极110用于采集接地信号，以降低其他电信号对脑电信号的干扰，可以放置于前额的中部，也可以放在耳垂后面。参考电极130用于采集参考信号，信号采集设备140将采集的参考信号和电信号进行差值运算，通过差值信号反映采集的脑电信号的波动或被测试人员状态的变化，其中，参考电极130可以放置在前额，也可以放置在耳垂后面，这样放置的好处是：可以减少脑电信号中混入的心电信号，提高脑电信号的准确度。示例性的，参考图2，图2为一种皮肤干电极放置位置的示意图。具体的，接地电极110放置在前额的中部，记录电极120放置在接地电极110的左侧，参考电极130放置在接地电极110的右侧。
其中，记录电极120、接地电极110和参考电极130的外形形状可以是方形，也可以是圆形，制作成圆形的好处是预防了尖端效应造成的电场不均匀，制作成方形的好处是加工方便。实施例中对记录电极120、接地电极110和参考电极130的外形形状不作限定，为了保证测试的准确性，优选记录电极120、接地电极110和参考电极130的外形形状一致。
进一步的，记录电极120的一端、接地电极110的一端和参考电极130的一端相连后通过外接接口和信号采集设备140连接，使得记录电极120、接地电极110、参考电极130和信号采集设备140构成一个回路，当记录电极120、接地电极110和参考电极130与皮肤接触时，可以分别将脑电信号、接地信号和参考信号通过对应的外接接口传输给信号采集设备140，完成检测。为了准确反映被测试人员状态的变化，实施例中设定记录电极120、接地电极110和参考电极130采用相同的设计，即都包括导电织物310、弹性支撑体320和导电连接部330，且各部分结构相同，具体参考图3，图3为本发明实施例提供的一种记录电极的示意图。
以记录电极120为例，对各部分结构进行说明。具体的，导电织物310用于采集脑电信号，可以是金属导电布，也可以是金属和非金属混合而成的导电布，实际应用中可以根据具体需要选择。弹性支撑体320用于保证记录电极120处于膨胀状态，同时避免由于被测试人员的运动导致导电织物310对人体带来损伤。可以理解的是，不同机械性能的弹性支撑体320可以实现不同的目的，例如相对较软的弹性支撑体320可以增加被测试人员的舒适度，利于长期使用，相对较硬的弹性支撑体320可以更好的支撑导电织物310，改善导电性能，降低与皮肤的接触阻抗，实际采用的弹性支撑体320可以根据需要选择。进一步的，导电织物贴310覆在弹性支撑体320上，当记录电极120与皮肤接触时，汗液湿润弹性支撑体320和导电织物310，使脑电电流穿过颅骨，引起导电织物310局部电位的变化，进而使导电织物310采集到脑电信号。导电连接部330用于将导电织物310采集的脑电信号通过外接接口121提供给信号采集设备140，其中外接接口121也可以记为电极接口，用于连接信号采集设备140，将脑电信号传输给信号采集设备140。
为了保证外接接口121和信号采集设备140稳定接触，在信号采集设备140允许的情况下，可以适当增大外接接口121的直径或长度，例如可以采用医用脑电图机接口，具体可以参考图4，图4为一种医用脑电图机接口的示意图。也可以采用高密度电极接口，如电子插针外接接口或微型神经外接接口，实现多通道的信号传输，具体可以参考图5-图6，其中，图5为一种电子插针外接接口的示意图，图6为一种微型神经外接接口的示意图。
本发明实施例提供一种皮肤干电极，包括记录电极、接地电极和参考电极，所述记录电极的一端、所述接地电极的一端和所述参考电极的一端相连后通过外接接口和信号采集设备连接，其中，所述记录电极、接地电极和参考电极分别包括导电织物、弹性支撑体和导电连接部，所述导电织物贴覆在所述弹性支撑体上，所述记录电极中的导电织物通过外接接口向所述信号采集设备提供电信号，所述接地电极中的导电织物通过外接接口向所述信号采集设备提供接地信号，所述参考电极中的导电织物通过外接接口向所述信号采集设备提供参考信号，可以长期使用，无需借助导电膏等粘性材料，无需专业人士，且制作简单、成本低，可以有效防止运动导致的接触阻抗变化。
在上述实施例的基础上，所述导电织物310通过金属和非金属混合线材织成，金属的成分包括镍、锌、银、铅、铜和铂中的至少一种，非金属的成分包括尼龙、蚕丝蛋白、聚酰亚胺和聚氨酯中的至少一种。
具体的，导电织物310的成分包括金属和非金属，一方面可以通过金属采集电信号，另一方面又可以通过非金属增加导电织物310的柔韧性、舒适度和耐用度，降低噪音，其中，非金属的成分优选有机成分。具体的，金属的成分可以是镍、锌、银、铅、铜和铂中的一种，也可以是多种，其中，镍的含量为0％-35％，所述锌的含量为0％-25％，所述银的含量为0％-90％，所述铅的含量为0％-5％，所述铜的含量为0％-95％，所述铂的含量为0％-70％。非金属的成分可以是尼龙、蚕丝蛋白、聚酰亚胺和聚氨酯中的一种或多种，其中，尼龙的含量为0％-20％，所述蚕丝蛋白的含量为0％-10％，所述聚酰亚胺的含量为0％-50％，所述聚氨酯的含量为0％-30％。需要说明的是，导电织物310中金属的含量和非金属的含量之和为100％。
在上述实施例的基础上，所述弹性支撑体320为海绵或弹性硅橡胶。当然，也可以是其他弹性支撑体，如弹簧和塑料的结合物。其中，海绵或弹性硅橡胶的邵氏硬度为D20-D65，D表示硬度相对较高，20表示海绵或弹性硅橡胶的邵氏硬度值为20。可选的，弹性支撑体320的外边缘可以延伸出导电织物310的外边缘，以避免导电织物310的外边缘对被测试人员造成损伤。
在上述实施例的基础上，所述海绵为聚氨酯海绵、聚乙烯海绵和聚苯乙烯海绵中的一种，所述弹性硅橡胶的成分包括硅元素、氧元素、碳元素和硫元素中的至少一种元素。
在上述实施例的基础上，所述记录电极120、所述接地电极110和所述参考电极130中的导电连接部分别通过导线与对应的外接接口连接。
具体的，以记录电极120为例，参考图3，导电连接部330通过导线350与外接接口340连接，当导电织物310采集脑电信号后可以通过导电连接部330和导线350传输到外接接口340，进而由外接接口340传输给信号采集设备140。为了保证导电连接部330和导线350的稳定连接，可以通过导电胶等材料使导电织物310、导电连接部330和导线350充分接触。
在上述实施例的基础上，所述导线350为尾巴线、单股导线、多股导线和排线中的一种。导线350的选择主要是考虑阻抗和抗弯折性能，阻抗低、抗弯折性能好的导线350可以保证脑电信号的稳定，提高被测试人员状态判断的准确性。例如可以选择尾巴线、单股导线、多股导线或排线，既可以实现和导电连接部330的充分接触，也可以避免焊锡对导线350的影响。
在上述实施例的基础上，所述导电连接部330包括金属片、焊锡、导电胶，所述导电织物310通过所述焊锡与所述金属片连接，所述金属片通过所述导电胶与所述导线350连接。为了使金属片和导电织物310稳定接触，将金属片固定，实施例中采用焊锡将导电织物310与金属片连接，同时，为了避免焊锡对导线350的损坏，采用导电胶实现金属片和导线350的连接。
在上述实施例的基础上，所述皮肤干电极还包括弹性非导电布710，所述弹性非导线布710的两端设置有粘贴片720，所述记录电极120、所述接地电极110和所述参考电极130设置在所述弹性非导电布710上。参考图7，图7为一种弹性非导电布的示意图，弹性非导电布、记录电极120、接地电极110和参考电极130构成一个整体，测试时只需将弹性非导电布710与皮肤接触，并将弹性非导电布710两端的粘贴片720粘在皮肤上即可，简单方便，容易操作。
在上述实施例的基础上，所述记录电极120的数量至少为一个。这样设置的好处是可以实现对皮肤多个位置的测试。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种皮肤干电极，其特征在于，包括记录电极、接地电极和参考电极，所述记录电极的一端、所述接地电极的一端和所述参考电极的一端相连后通过外接接口和信号采集设备连接，其中，
所述记录电极、接地电极和参考电极分别包括导电织物、弹性支撑体和导电连接部，所述导电织物贴覆在所述弹性支撑体上，所述记录电极中的导电织物通过外接接口向所述信号采集设备提供电信号，所述接地电极中的导电织物通过外接接口向所述信号采集设备提供接地信号，所述参考电极中的导电织物通过外接接口向所述信号采集设备提供参考信号。
2.根据权利要求1所述的皮肤干电极，其特征在于，所述导电织物通过金属和非金属混合线材织成，金属的成分包括镍、锌、银、铅、铜和铂中的至少一种，非金属的成分包括尼龙、蚕丝蛋白、聚酰亚胺和聚氨酯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的皮肤干电极，其特征在于，所述弹性支撑体为海绵或弹性硅橡胶。
4.根据权利要求3所述的皮肤干电极，其特征在于，所述海绵为聚氨酯海绵、聚乙烯海绵和聚苯乙烯海绵中的一种，所述弹性硅橡胶的成分包括硅元素、氧元素、碳元素和硫元素中的至少一种元素。
5.根据权利要求1所述的皮肤干电极，其特征在于，所述记录电极、所述接地电极和所述参考电极中的导电连接部分别通过导线与对应的外接接口连接。
6.根据权利要求5所述的皮肤干电极，其特征在于，所述导线为尾巴线、单股导线、多股导线和排线中的一种。
7.根据权利要求5所述的皮肤干电极，其特征在于，所述导电连接部包括金属片、焊锡、导电胶，所述导电织物通过所述焊锡与所述金属片连接，所述金属片通过所述导电胶与所述导线连接。
8.根据权利要求1所述的皮肤干电极，其特征在于，还包括弹性非导电布，所述弹性非导电布的两端设置有粘贴片，所述记录电极、所述接地电极和所述参考电极设置在所述弹性非导电布上。
9.根据权利要求1-8所述的皮肤干电极，其特征在于，所述记录电极的数量至少为一个。
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