CN113082510B - 一种位置及方向可调且抗寄生电容的电刺激电极 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种位置及方向可调且抗寄生电容的电刺激电极，包括：夹耳式固定架，固定在人体脑部，并与人体耳部、脸部、头部贴合；两组柔性悬臂，安装在所述夹耳式固定架顶部中心，分别与所述夹耳式固定架转动连接；电极模块，安装在所述柔性悬臂端部，并与所述柔性悬臂转轴连接；可以方便的找到10/20系统的各个位点并固定电极，调整电极朝向使之垂直贴合头皮，以导电膏填充的形式保证电刺激阻抗合格。同时可以灵活调整，用于10/20系统以外的位点固定，并在头皮上留出空间可以兼容其它的应用。

Description

一种位置及方向可调且抗寄生电容的电刺激电极

技术领域

本发明属于电刺激神经调控技术领域，尤其涉及一种位置及方向可调且抗寄生电容的电刺激电极。

背景技术

经颅电流刺激(TCS)是一种通过头皮电极向大脑传递弱电流的无创神经调控技术。鉴于其安全无创且治疗成本较低的优点，经颅电刺激已被用于减轻疼痛、缓解抑郁症状、恢复中风和帕金森病、以及治疗癫痫等领域。在临床及实验中，电刺激的实现需要对电极进行设计并妥善的固定。目前的电极和固定方式大致有两种，一种是通过绷带简易的将海绵电极固定在头皮上，并认为电极下的脑区可以被电流有效的刺激，但事实上在随后的一些模拟研究证明这种定位方法是不准确的，因为海绵电极的尺寸偏大难以控制定位精度，绷带的方式也难以完成多电极电刺激的固定。另一种方式是通过弹力脑电帽配合电刺激电极的设计来实现，可以按照10/20系统的定位点准确的定位，高精度电刺激HD-TCS就是采用这样的方式。

当电刺激的放置点不限于10/20系统，又需要精准的将电极定位在头皮上，同时克服头发的阻碍时，以上的两种方式都难以满足。绷带和海绵电极的方式精度和能够固定的最大电极数量达不到要求，脑电帽式因为位置可调整性不足，应用场景也会受限。另外，在一些应用场景中，经颅电刺激和别的应用同时进行，这就要求被试头部的某些位置需要避开，脑电帽式的方案不满足要求。因此，对于多电极的高精度电刺激，想要覆盖10/20系统位点以外的刺激点并留出空间兼顾别的应用时，现有的方案都难以实现。

另外，在实际的电刺激使用过程中，电刺激器和电极距离较远时，连接两者的电极线会和地构成寄生电容，从而损耗电刺激电流，影响刺激信号的精度，现有的设计忽略了这一点。

发明内容

本发明提供一种位置及方向可调且抗寄生电容的电刺激电极，缓解了现有技术的定位精准性和可调整性难以兼顾的状况，保证电刺激精度的情况下提高了便利性。

本发明是这样实现的，一种位置及方向可调且抗寄生电容的电刺激电极，包括：

夹耳式固定架，固定在人体脑部，并与人体耳部、脸部、头部贴合；

两组柔性悬臂，安装在所述夹耳式固定架顶部中心，分别与所述夹耳式固定架转动连接；

电极模块，安装在所述柔性悬臂端部，并与所述柔性悬臂转轴连接；

所述夹耳式固定架顶部中心设置有旋转连接器，所述旋转连接器上设置有两组旋转滑槽，所述旋转滑槽与所述旋转连接器转动连接；两组柔性悬臂分别安装在所述旋转滑槽内，所述柔性悬臂与所述旋转滑槽滑动连接。

进一步的，所述夹耳式固定架包括半圆弧的固定梁，所述固定梁两端分别设置有固定卡件，所述固定卡件上卡装有滑动卡条，所述滑动卡条转动连接有耳罩。

进一步的，所述旋转连接器包括连接座，所述连接座底部与所述固定梁连接，所述连接座顶部设置有中心轴，所述中心轴上套装有两组间隔设置的卡盘和旋转滑槽，中心轴顶部安装有压紧盘和旋转压紧钮。

进一步的，所述柔性悬臂上均匀设置有长度刻度线，所述卡盘上均匀设置有角度刻度线。

进一步的，所述电极模块包括电极固定座，所述电极固定座设置有固定板，所述固定板一端设置有电极接触面，固定板另一端设置有压盖。

进一步的，所述电极固定座一端转动连接有滑轨，所述滑轨上设置有调向滑块，所述调向滑块与所述柔性悬臂固定连接。

进一步的，所述固定板与电极接触面之间设置有导电膏槽，所述导电膏槽与压盖通过卡槽连接，所述导电膏槽内安装有有源电极、固定扣和金属电极。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：可以方便的找到10/20系统的各个位点并固定电极，调整电极朝向使之垂直贴合头皮，以导电膏填充的形式保证电刺激阻抗合格。同时可以灵活调整，用于10/20系统以外的位点固定，并在头皮上留出空间可以兼容其它的应用。在经颅电刺激临床应用中，缓解了现有技术的定位精准性和可调整性难以兼顾的状况，保证电刺激精度的情况下提高了便利性。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明中夹耳式固定架结构示意图；

图3为本发明中柔性悬臂结构示意图；

图4为本发明中电极模块结构示意图；

图5为本发明中有源电极结构示意图；

图6为本发明电路原理图；

图中：1-夹耳式固定架、2-柔性悬臂、3-电极模块、4-旋转连接器；

11-固定梁、12-固定卡件、13-滑动卡条、14-耳罩；

21-调向滑块、22-滑轨；

31-电极固定座、32-压盖、33-有源电极、34-固定扣、35-金属电极、36-固定板、37-导电膏槽、38-电极接触面；

41-连接座、42-卡盘、43-旋转滑槽、44-压紧盘、45-旋转压紧钮。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例1

请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种位置及方向可调且抗寄生电容的电刺激电极，包括：夹耳式固定架1、两组柔性悬臂2、电极模块3。

夹耳式固定架1固定在人体脑部，并与人体耳部、脸部、头部贴合；两组柔性悬臂2安装在夹耳式固定架1顶部中心，分别与夹耳式固定架1转动连接；电极模块3安装在柔性悬臂2端部，并与柔性悬臂2转轴连接；

夹耳式固定架1顶部中心设置有旋转连接器4，旋转连接器4上设置有两组旋转滑槽43，旋转滑槽43与旋转连接器4转动连接；两组柔性悬臂2分别安装在旋转滑槽43内，柔性悬臂2与旋转滑槽43滑动连接。

具体地，夹耳式固定架1包括半圆弧的固定梁11，固定梁11两端分别设置有固定卡件12，固定卡件12上卡装有滑动卡条13，滑动卡条13转动连接有耳罩14。

其中，旋转连接器4包括连接座41，连接座41底部与固定梁11连接，连接座41顶部设置有中心轴，中心轴上套装有两组间隔设置的卡盘42和旋转滑槽43，中心轴顶部安装有压紧盘44和旋转压紧钮45。

柔性悬臂2上均匀设置有长度刻度线，卡盘42上均匀设置有角度刻度线。

本实施方式中，电极模块3包括电极固定座31，电极固定座31设置有固定板36，固定板36一端设置有电极接触面38，固定板36另一端设置有压盖32。电极固定座31一端转动连接有滑轨22，滑轨22上设置有调向滑块21，调向滑块21与柔性悬臂2固定连接。固定板36与电极接触面38之间设置有导电膏槽37，导电膏槽37与压盖32通过卡槽连接，导电膏槽37内安装有有源电极33、固定扣34和金属电极35。

实施例2

本实施例中，一种位置及方向可调且抗寄生电容的电刺激电极包括三个部分：夹耳式固定架1，柔性悬臂2，电极模块3。

夹耳式固定架1通过类似耳机的设计与被试的耳朵、脸部、头部贴合，戴在头上能够位置稳定，为柔性悬臂2和电极模块3提供支撑。调整固定架的长度和佩戴角度，用软尺测量梁的中心到鼻根(位于鼻子上方的两眼之间的凹陷点Nz)和枕骨隆突(头后部的隆起位点lz)的距离相等时，梁的中心点定位10/20系统的CZ点，为电极的准确定位提供基准点。

柔性悬臂2固定在夹耳式固定架1上，具体联接点是固定架梁的中心点。转轴设计可以实现水平旋转，滑轨设计可以实现臂长的调整。旋转角和臂长都有刻度线为辅助，可以根据10/20系统的规范调整转角和臂长找到符合标准的目标位点，也可以自定义一些位点完成定位。

电极模块3固定在柔性悬臂2上，按照电刺激需求的通道数选配电极模块3的数量。电极模块3包括皮肤接触曲面、导电膏槽37、金属电极35片、压盖32、固定座、调向机构。调向机构通过滑轨22和转轴的配合，改变滑轨22的伸出长度使凸面和斜槽的接触位置发生改变，进而改变固定座以及电极的朝向使之与头皮呈垂直状态。为了提高电刺激信号的精度，降低电流损耗。

本设计在电极模块3中设计了有源电极33，将运放从主控板移出，直接设计在电极板上，使得电流传输路径小于2mm。相较于原来2-5m长的传输线来说，寄生电容理论上能够减少2个数量级，从而改善电流损耗，提高刺激信号的精度。电刺激器的电流输出线接到有源电极33上，有源电极33再连接金属电极35片，刺激电流即可通过导电膏传导到头皮上。

实施例3

本发明实施例提供一种多通道的可以精准定位的经颅电刺激电极及固定装置，用于经颅电刺激的临床实施。

参照图1所示，本发明实施例主要包含三个部分：夹耳式固定架1、柔性悬臂2组件、电极模块3。

根据电刺激的通道数配置合适数量的电极模块3以及柔性悬臂2。

图2所示，夹耳式固定架1由4部分组成：耳罩14、转轴、滑轨、固定梁11。

在软尺的辅助下将固定梁11的中心点和10/20系统的CZ点重合，调整转轴和滑轨，使夹耳式固定架1的耳罩14和固定梁11可以稳定的贴合被试的头皮，从而使固定架位置稳定为柔性悬臂2提供支撑。

图3所示，柔性悬臂2组件由5部分组成：旋转压紧钮45、压紧盘44、旋转滑槽43、固定座、柔性悬臂2。

柔性悬臂2组件通过固定座和夹耳式固定架1联接，固定座的中轴穿过固定梁11的中心。压紧盘44和旋转滑槽43固定在固定座的转轴上。调整旋转滑槽43的转角即可带动柔性悬臂2的横向角度，具体角度可以通过压紧盘44表面的角度刻线读出；调整柔性悬臂2在旋转滑槽43的插入深度可以调整悬臂的有效长度，具体长度可以通过悬臂上的刻度线读取。压紧盘44为弹性材料制作，旋转压紧钮45在初始位置时，压紧盘44之间有间隙，此时可以调整旋转滑槽43以及悬臂的位置；旋转压紧钮45旋转90°时，压紧盘44压紧，则旋转滑槽43以及悬臂固定。

图4-5所示，电极模块3由11部分组成：调向滑块21、滑轨、固定座、转轴、压盖32、有源电极33、固定扣34、金属电极35、固定板36、导电膏槽37、电极接触面38。

调向滑块21固定在柔性悬臂2上，调整调向滑块21在滑轨上的位置，会使调向滑块21的曲面和固定座的接触位点发生改变，从而使固定座的角位置发生改变。这个角度调整是为了使电极更好的和头皮接触。固定板36安装在固定座上可以进行横向的移动，对刺激位点有微调作用。压盖32与导电膏槽37通过卡槽进行联接，顺时针旋转即可压紧，从而使塞在导电膏槽37中的有源电极33、固定扣34、金属电极35和导电膏接触紧密。电极接触面38和导电膏槽37相通，使用时充满导电膏，并传导金属电极35的电流到被试的头皮上。

根据电刺激需要的通道数选择柔性悬臂2和电极组件的个数。在刻度线的辅助下，柔性悬臂2组件对悬臂的长度和角度都可以准确的调节，从而方便的找到10/20系统的位点。另外，在其它的应用场景中，可以通过悬臂和电极模块3的调节将电极定位在任何想要进行刺激的位点，比常见的电极帽固定方式更灵活和方便。

图6为有源电极33的电路设计图，电压-电流转换电路使用标准的霍兰德电流泵电路，运放使用SON无引脚封装以实现小型化。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种位置及方向可调且抗寄生电容的电刺激电极，其特征在于，包括：夹耳式固定架,固定在人体脑部，并与人体耳部、脸部、头部贴合；两组柔性悬臂，安装在所述夹耳式固定架顶部中心，分别与所述夹耳式固定架转动连接；电极模块，安装在所述柔性悬臂端部，并与所述柔性悬臂转轴连接；所述夹耳式固定架顶部中心设置有旋转连接器，所述旋转连接器上设置有两组旋转滑槽，所述旋转滑槽与所述旋转连接器转动连接；两组柔性悬臂分别安装在所述旋转滑槽内，所述柔性悬臂与所述旋转滑槽滑动连接；所述旋转连接器包括连接座，所述连接座底部与所述固定梁连接，所述连接座顶部设置有中心轴，所述中心轴上套装有两组间隔设置的卡盘和旋转滑槽，中心轴顶部安装有压紧盘和旋转压紧钮；所述柔性悬臂上均匀设置有长度刻度线，所述卡盘上均匀设置有角度刻度线；所述电极固定座一端转动连接有滑轨，所述滑轨上设置有调向滑块，所述调向滑块与所述柔性悬臂固定连接；所述固定板与电极接触面之间设置有导电膏槽，所述导电膏槽与压盖通过卡槽连接，所述导电膏槽内安装有有源电极、固定扣和金属电极。

2.根据权利要求1所述的一种位置及方向可调且抗寄生电容的电刺激电极，其特征在于：所述夹耳式固定架包括半圆弧的固定梁，所述固定梁两端分别设置有固定卡件，所述固定卡件上卡装有滑动卡条，所述滑动卡条转动连接有耳罩。

3.根据权利要求1所述的一种位置及方向可调且抗寄生电容的电刺激电极，其特征在于：所述电极模块包括电极固定座，所述电极固定座设置有固定板，所述固定板一端设置有电极接触面，固定板另一端设置有压盖。