CN114081468A

CN114081468A - 具有准周期性凹凸持液结构的电极片及电极带

Info

Publication number: CN114081468A
Application number: CN202210057678.8A
Authority: CN
Inventors: 管明涛
Original assignee: Beijing Huarui Boshi Medical Imaging Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Huarui Boshi Medical Imaging Technology Co Ltd
Priority date: 2022-01-19
Filing date: 2022-01-19
Publication date: 2022-02-25
Anticipated expiration: 2042-01-19
Also published as: CN114081468B

Abstract

本发明提供的具有准周期性凹凸持液结构的电极片及电极带，属于电阻抗断层成像技术领域，电极片包括：电极片本体，具有用于贴合人体的工作表面；准周期性凹凸持液结构，包括在工作表面开设的若干持液凹槽，持液凹槽用于填充匹配介质，若干持液凹槽在工作表面上呈中心轴对称设置，若干持液凹槽的开槽深度一致。由于在电极片的工作表面上具有准周期性的准周期性凹凸持液结构，可使电极片表面上的电势分布更加均匀，降低建模误差；此外，准周期性凹凸持液结构内可用于容纳匹配介质，当电极片移动时，也能够保证电极片的工作表面上存有足够多的匹配介质，使得电极片与人体表面良好接触，从而提高匹配介质的应用效果。

Description

具有准周期性凹凸持液结构的电极片及电极带

技术领域

本发明属于生物医学电阻抗成像技术领域，更具体地，涉及一种具有准周期性凹凸持液结构的电极片及电极带。

背景技术

电阻抗断层成像（Electrical Impedance Tomography，EIT）是一种以检测生物体电阻抗分布情况或监测其短时变化为成像目标的非侵入式生物医学成像技术。该方法通过激励电极在被测生物组织表面施加安全激励电流，并用测量电极检测其它部位的电压数据，据此采用图像反演算法重建被测组织内部的电阻抗分布或其短时变化情况。这些医学图像信息可反映被测组织的内部结构及其器官功能完整性。

研究表明生物体内各组织器官的电阻抗特性差别显著，因此可通过电导率区分不同的组织器官。另外，正常生理活动和某些组织的病变现象都会导致生物体内组织电阻抗的变化。因此，通过实时监测，电阻抗成像得到的反演图像或短时动态监测视频，可反映出生物体内部结构、器官功能完整性及短期生理状态变化的情况，这对于人体生理状态、器官功能及疾病诊断的研究有重要的临床价值。

与现有的医学成像技术相比，电阻抗成像具有如下优点：首先，EIT技术采用外加安全激励测量方式，具有非侵入、无辐射的优点；其次，EIT成像速度快，可对生物体进行长时间、连续动态的实时监测；最后，EIT技术不仅能实现与传统医学成像方法相似的功能，最重要的优势是其得到的功能性图像可用于预测组织的病变、预防疾病的发生，它对目前的医学诊断而言是一种不可或缺的补充技术，具有广泛的应用前景。

为了进行生物医学电阻抗成像，需要在被测区域（如人体胸腔）四周布置一定数量的电极（如16个），并对被测区域建立数学模型。根据麦克斯韦方程组，考虑测量电极与被测组织之间的接触阻抗，建立电阻抗成像的完备电极模型：

式中，

为第

个测量电极的接触阻抗；

为第

个电极上测得的电位；

是电极注入的电流密度。上述完备电极模型将电极片简化为一个理想导体，即电极片上空间各点的电势相同。但传统电极片通常采用导电硅胶材质，并非理想导体，因此电极片上电势分布不均匀，与数学建模存在一定误差，这会导致反演成像算法精度下降。

此外，接触阻抗的大小对于测量数据的质量具有很大影响。若电极片与被测区域的接触阻抗过大，则会导致有效测量信号被噪声淹没，严重影响电阻抗成像效果。通常，我们通过在电极片与被测区域间增加匹配介质（如涂抹电极膏等），使得电极片与被测区域良好接触，从而减小接触阻抗，提高测量信号的信噪比。传统电极片采用平面结构，无法有效保持匹配介质。若电极片在测量过程中发生位移，匹配介质无法跟随电极片移动，则会导致电极片部分区域不存在匹配介质，从而使得接触电阻升高，影响测量数据的准确性。

发明内容

因此，本发明的一个目的是克服现有技术中的电极片电势分布不均匀而导致的与数学建模存在误差的缺陷，提供一种具有电势分布均匀的电极片。另一个目的是克服现有技术中电极片在移动过程中无法有效保持匹配介质，而导致的电极片无法发挥作用的缺陷，提供一种具有保持匹配介质的电极片。还有一个目的是克服现有技术中电极带的电极片电势分布不均匀、电极片在移动过程中无法有效保持匹配介质的缺陷，提供一种电极片电势分布均匀、电极片在移动过程中有效保持匹配介质的电极带。

为了解决上述技术问题，本发明实施例第一方面提供一种具有准周期性凹凸持液结构的电极片，包括：电极片本体，具有用于贴合人体的工作表面；准周期性凹凸持液结构，包括在所述工作表面开设的若干持液凹槽，所述持液凹槽用于填充匹配介质，所述若干持液凹槽在所述工作表面上呈中心轴对称设置，所述若干持液凹槽的开槽深度一致。

可选地，所述准周期性凹凸持液结构所对应的持液面积小于或等于所述工作表面的面积的一半。

可选地，所述持液凹槽的开槽深度小于所述电极片本体厚度的1/2。

可选地，所述持液凹槽的开槽深度大于所述电极片本体厚度的1/4。

可选地，所述持液凹槽的开槽深度为所述电极片本体厚度的1/3。

可选地，所述持液凹槽为矩形环槽，若干矩形环槽以所述工作表面中心为原点，呈“回”形辐射状设置；或者，所述持液凹槽为长条槽，若干长条槽在所述工作表面上平行且均匀间隔设置；或者，所述持液凹槽为圆点槽，若干圆点槽以所述工作表面中心为中心点呈中心对称设置。

可选地，所述电极片本体的工作表面分割为N+1个单位电极块，左右对称的N个所述单位电极块包含所述持液凹槽，N为偶数，位于中心的1个所述单位电极块不包含所述持液凹槽。

可选地，所述电极片本体背向所述工作表面的一面具有引出电极。

可选地，所述电极片为导电硅胶电极片；和/或，所述匹配介质为电极膏。

本发明实施例第二方面提供一种电极带，包括：

电极带本体，具有至少部分弹性段；

上述电极片，通过电极片固定结构固定在所述电极带本体上。

本发明的技术方案，具有如下优点：

本发明提供的具有准周期性凹凸持液结构的电极片，由于在电极片的工作表面上具有准周期性的准周期性凹凸持液结构，可使电极片表面上的电势分布更加均匀，降低建模误差；此外，所述准周期性凹凸持液结构内可用于容纳匹配介质，当电极片移动时，也能够保证电极片的工作表面上存有足够多的匹配介质，使得电极片与人体表面良好接触，从而提高匹配介质的应用效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施例中提供的具有准周期性凹凸持液结构的电极片的电极带的立体图。

图2为图1中电极片的立体图。

图3为图2的主视图。

图4为图3的仰视图。

图5为电极片的一种变形实施方式的主视图。

图6为电极片的第二种变形实施方式的主视图。

图7为电极片的第三种变形实施方式的主视图。

图8为电极片的理论模型。

图9为简化的电极片工作电路的等效电路图。

图10为完整的电极片工作电路的等效电路图。

图11为节点1与节点2的电压差

随电阻

的变化趋势图。

图12为节点1与节点3的电压差

随电阻

的变化趋势图。

附图标记说明：

1、电极带本体；2、电极片；21、电极片本体；3、准周期性凹凸持液结构；31、持液凹槽；4、引出电极；5、匹配介质。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本实施例提供的具有准周期性凹凸持液结构的电极片的电极带，用于缠绕在患者身上，通过电极片2对病患处进行检测。

如图1所示，为具有准周期性凹凸持液结构的电极片的电极带的一种具体实施方式，包括：电极带本体1，所述电极带本体1具有弹性，当将电极带本体1缠绕在人体部位上时，可通过该弹性保证电极带本体1与人体的接触。另外，作为一种可替换实施方式，所述电极带本体1还可以仅有部分段具有弹性。

如图1所示，本实施例提供的电极带，在所述电极带本体1上固定有电极片2，具体的，电极片2具有依次间隔设置的多个，每个电极片2的四周分别嵌入所述电极带本体1内。

如图2、图3所示，本实施例提供的电极带中，电极片2包括电极片本体21，电极片本体21具有用于贴附人体的工作表面。电极片本体21的工作表面上设有准周期性凹凸持液结构3，所述准周期性凹凸持液结构3包括在工作表面开设的若干个持液凹槽31，持液凹槽用于填充匹配介质，例如电极膏，使用时，电极膏填满持液凹槽31，填满的意义在于使得电极膏的表面与工作表面平齐。所述若干持液凹槽31在所述工作表面上呈中心轴对称设置，所述若干持液凹槽31的开槽深度一致。

具体地，在本实施例中，所述准周期性凹凸持液结构3为同心回字形凹槽，其包括若干个作为持液凹槽31的矩形环槽，若干矩形环槽以电极片本体21的工作表面的中心为原点，呈“回”字形辐射状设置。另外，如图5、图6所示，作为一种可替换实施方式，所述准周期性凹凸持液结构3的持液凹槽31为长条槽，若干个长条槽在工作表面上平行且均匀间隔设置，长条槽可以是竖条槽，也可以是横条槽。如图7所示，所述准周期性凹凸持液结构3的持液凹槽31为圆点槽，若干个圆点槽以工作表面中心为中心点呈中心对称设置。

上述准周期性凹凸持液结构3的核心特点是：若干持液凹槽31在工作表面上呈中心轴对称图形，若干持液凹槽31的开槽深度一致。

下面以电极片的等效电路模型分析所述的准周期性凹凸持液结构对于电极片工作平面上的电势分布的影响。

取电极片的中心截面作为研究对象，匹配介质均匀覆盖在电极片的表面，可得电极片的理论模型，如图4所示，根据准周期性凹凸持液结构的准周期性，可将所述电极片本体21的工作表面分割为N+1个单位电极块，左右对称的N个所述单位电极块包含所述持液凹槽31，N为偶数，位于中心的1个所述单位电极块不包含所述持液凹槽31。以图8所示为例，根据准周期性凹凸持液结构的准周期性，可将该电极模型分为5个单位电极块，如图中虚线所示，其中左右对称的4个单位电极块包含准周期性凹凸持液结构，位于中心的单位电极块不包含准周期性凹凸持液结构。准周期性凹凸持液结构中填充有匹配介质。

当电极片用于电阻抗成像时，通常在两个电极片之间加激励电流，电流通过被测区域在两个电极片之间形成电流回路。首先，为简化理论分析，将电极片理论模型中左右各两个包含准周期性凹凸持液结构的单位电极块分别看作一个整体，在两个电极片之间加入恒流电源

，并只对电流回路中的一个电极片进行建模，得到简化的电极片工作电路的等效电路图，如图9所示。其中

为每个单位电极块的横向电阻，

为中心电极块的纵向电阻，

为周围电极块的纵向电阻，

为匹配介质的横向电阻，

为被测区域的纵向电阻。当电极片中不存在准周期性凹凸持液结构时，纵向电阻

与

相等。

不失一般性地，假设外加恒流源为1安培。观察到电路具有对称性，根据基尔霍夫电路定律，列出电压环路方程和电流守恒方程如下，

求解上述矩阵方程，可得节点1与节点2的电压差

为

为简化分析，令

，

，

，

，则

与平面单位电极片相比，准周期性凹凸持液结构使得每个单位电极块的电阻

减小，根据上述公式易得，节点1与节点2的电压差

减小。

现考虑完整的电极片工作电路的等效电路图，如图10所示。设置外加恒流源为1安培，同理可得，

为简化计算，根据实际电路工作情况，设单位电极块的横向电阻

等于纵向电阻

，周围电极块的纵向电阻

等于

，匹配介质的横向电阻

为

，被测区域的纵向电阻

等于

。由此可得，节点1与节点2的电压差

，以及节点1与节点3的电压差

分别为

设置

从1减小到0.5，模拟准周期性凹凸持液结构逐渐变大的过程，计算可得节点1与节点2的电压差

随电阻

的变化趋势,如图11所示。同理可得节点1与节点3的电压差

随电阻

的变化趋势，如图12所示。根据图11和图12，可以直观地看出，当电阻

减小，两节点之间的电压差均变小。根据以上推导，可得到以下结论：使用具有准周期性的准周期性凹凸持液结构可以使电极片平面上的电势分布更加均匀。

此外，若电极片在测量过程中产生滑动，平面电极片无法有效保持匹配介质，使得等效电路模型中不同单位电极块的负载电阻

不同，影响电势分布。而具有准周期性凹凸持液结构的电极片，在移动过程中向匹配介质施加与移动方向平行的作用力，有效保持匹配介质与电极同步移动，从而确保不同电极块的负载电阻

基本相同，维持电势分布的均匀性。

综上，本实施例提供的具有准周期性凹凸持液结构的电极片，由于在电极片的工作表面上具有准周期性的准周期性凹凸持液结构，可使电极片表面上的电势分布更加均匀，降低建模误差；此外，所述准周期性凹凸持液结构内可用于容纳匹配介质，当电极片移动时，也能够保证电极片的工作表面上存有足够多的匹配介质，使得电极片与人体表面良好接触，从而提高匹配介质的应用效果。

此外，如图3所示，本实施例提供的电极带中，所述电极片2的准周期性凹凸持液结构3的面积小于所述电极片2的工作表面的面积的一半，另外，作为一种可替换实施方式，所述电极片2的准周期性凹凸持液结构3的面积还可以等于所述电极片2的工作表面的面积的一半。

在本实施例中，所述电极片2的背面具有引出电极4，所述准周期性凹凸持液结构3的持液凹槽31的开槽深度小于所述电极片本体21厚度的1/2。进一步地，所述准周期性凹凸持液结构3的深度大于所述电极片2厚度的1/4。作为本发明优选实施例，所述准周期性凹凸持液结构3的深度为所述电极片2厚度的1/3。

本实施例提供的电极带，所述电极带本体1可以采用：弹性织物、弹性硅胶、弹性橡胶或弹性皮带等。所述电极片2可以采用导电硅胶电极片2。

本实施例提供的电极带中，电极片2采用导电硅胶时，在实际生产中，通过设计和使用具有准周期性凹凸持液结构的电极片2模具，可以方便地制造出带有准周期性凹凸持液结构3结构的导电硅胶电极片2。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims

1.一种具有准周期性凹凸持液结构的电极片，其特征在于，包括：

电极片本体（21），具有用于贴合人体的工作表面；

准周期性凹凸持液结构（3），包括在所述工作表面开设的若干持液凹槽（31），所述持液凹槽（31）用于填充匹配介质，所述若干持液凹槽（31）在所述工作表面上呈中心轴对称设置，所述若干持液凹槽（31）的开槽深度一致。

2.根据权利要求1所述的具有准周期性凹凸持液结构的电极片，其特征在于，所述准周期性凹凸持液结构（3）所对应的持液面积小于或等于所述工作表面的面积的一半。

3.根据权利要求1所述的具有准周期性凹凸持液结构的电极片，其特征在于，所述持液凹槽（31）的开槽深度小于所述电极片本体（21）厚度的1/2。

4.根据权利要求1所述的具有准周期性凹凸持液结构的电极片，其特征在于，所述持液凹槽（31）的开槽深度大于所述电极片本体（21）厚度的1/4。

5.根据权利要求1所述的具有准周期性凹凸持液结构的电极片，其特征在于，所述持液凹槽（31）的开槽深度为所述电极片本体（21）厚度的1/3。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的具有准周期性凹凸持液结构的电极片，其特征在于，所述持液凹槽（31）为矩形环槽，若干矩形环槽以所述工作表面中心为原点，呈“回”形辐射状设置；或者，所述持液凹槽（31）为长条槽，若干长条槽在所述工作表面上平行且均匀间隔设置；或者，所述持液凹槽（31）为圆点槽，若干圆点槽以所述工作表面中心为中心点呈中心对称设置。

7.根据权利要求6所述的具有准周期性凹凸持液结构的电极片，其特征在于，所述电极片本体（21）的工作表面分割为N+1个单位电极块，左右对称的N个所述单位电极块包含所述持液凹槽（31），N为偶数，位于中心的1个所述单位电极块不包含所述持液凹槽（31）。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的具有准周期性凹凸持液结构的电极片，其特征在于，所述电极片本体（21）背向所述工作表面的一面具有引出电极（4）。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的具有准周期性凹凸持液结构的电极片，其特征在于，所述电极片（2）为导电硅胶电极片；和/或，所述匹配介质为电极膏。

10.一种电极带，其特征在于，包括：

电极带本体（1），具有至少部分弹性段；

根据权利要求1-8中任一项所述的电极片（2），固定在所述电极带本体（1）上。