CN116942167A - 一种全面覆盖的贴片脑电极 - Google Patents

Abstract

本发明属于脑电极领域，涉及一种全面覆盖的贴片脑电极，包括电极单元，包括信号采集元件与压力元件；所述压力元件包括施压层，所述施压层一面具有弹性，为弹性覆盖面；所述弹性覆盖面覆盖于所述信号采集元件上；另一面为无弹力面，所述弹性覆盖面与所述无弹力面之间形成充气腔；附耳单元，包括至少两个附耳，所述附耳具有吸盘与对吸盘进行抽气与吸气的抽吸气结构；所述抽吸气结构连通于所述充气腔，并将该过程产生的气体充入所述充气腔，以固定吸盘；或在吸气过程中将充气腔中的气体充入吸盘，以释放吸盘；其中，至少两个附耳均匀布设于所述施压层的两侧。本申请的贴片脑电极能自主全面贴附，且能对检测部位进行全面电信号检测。

Description

一种全面覆盖的贴片脑电极

技术领域

本发明属于脑电极领域，涉及一种全面覆盖的贴片脑电极。

背景技术

脑电极是获取受试者脑信号的关键设备。有效获取受试者脑信号能建立脑与外部设备的通信渠道，实现人机交互，帮助受试者恢复运动能力。

现有技术的脑电极主要分为有创电极和无创电极。有创电极随着植入时间的延长会具有引发炎症、电极移动损伤脑组织等危害，同时其还会影响检测信号的质量。

无创电极特点无需植入人体，但由于颅骨对信号的衰减作用使得信号分辨率不高。如何有效的检测到该脑区域的神经元放电，则成为无创电极的主要研究方向。其中，提高无创电极与皮肤的充分接触率是有效提高对信号检测准确率的有效方式。

无创电极基于操作方式分为湿电极与干电极。湿电极在使用时需要基于液态或糊态导电介质进行信号检测，其对导电介质的依赖较强。干电极不需要涂覆导电介质，其直接与皮肤进行刚性接触，但其无法紧密接触头部，尤其是有毛发的位置。现有技术中为了实现对干电极的固定，主要通过佩戴弹力网帽等方式；但这些方式仍然存在一些技术问题，比如：现有贴片电极检测位点具有不同弧度，无法保证贴片电极均完好贴附于检测位点，即无法实现全面检测该贴片区域的信号，容易漏检信号。

发明内容

本申请提供一种全面覆盖的贴片脑电极，其能自主全面贴服，且能对检测部位进行全面电信号检测。

为实现上述技术内容，本申请采用的技术方案为，一种全面覆盖的贴片脑电极，包括

电极单元，包括信号采集元件与压力元件；所述压力元件包括施压层，所述施压层一面具有弹性，为弹性覆盖面；所述弹性覆盖面覆盖于所述信号采集元件上；另一面为无弹力面，所述弹性覆盖面与所述无弹力面之间形成充气腔；

附耳单元，包括至少两个附耳，所述附耳具有吸盘与对所述吸盘进行抽气与吸气的抽吸气结构；所述抽吸气结构连通于所述充气腔，并将该过程产生的气体充入所述充气腔，以固定所述吸盘、同时鼓起所述充气腔；或在吸气过程中将所述充气腔中的气体充入所述吸盘，以释放所述吸盘、同时复原所述充气腔；

其中，所述至少两个附耳均匀布设于所述施压层的两侧，并能约束所述无弹力面避免其在所述充气腔鼓起时运动。

作为本申请改进的技术方案，所述至少两个附耳共用一个所述抽吸气结构。

作为本申请改进的技术方案，所述弹性覆盖面为电绝缘材质。

作为本申请改进的技术方案，所述信号采集元件采用石墨烯导电硅橡胶。

作为本申请改进的技术方案，所述信号采集元件包括导电网与导电胶层，所述导电网与所述导电胶层之间采用绝缘层隔离；所述导电胶层粘附于所述弹性覆盖面上；所述导电网层具有网孔，并且所述网孔的一面贴附于检测表皮、所述网孔的另一面覆盖有所述绝缘层；所述导电胶层涂覆于所述绝缘层上并且部分渗入于所述网孔。

作为本申请改进的技术方案，所述导电胶层采用导电涂层涂布而成；所述导电涂层包括成膜物质与导电粒子，所述成膜物质的质量百分含量为25％-45％，所述导电粒子的质量百分含量为60％-75％；所述成膜物质为包括导电高分子与单组份环氧胶，二者质量比为(1-3):1；所述导电高分子为聚苯胺类、聚吡咯类、聚苯硫醚类、聚苯乙炔类、聚对苯撑类中的任意一种。

作为本申请改进的技术方案，所述导电粒子包含任意质量比的小尺寸导电粒子、中尺寸导电粒子与大尺寸导电粒子；所述小尺寸导电粒子的粒径为20-30nm，所述中尺寸导电粒子的粒径为30-60nm，所述大尺寸导电粒子的粒径为60-80nm。

作为本申请改进的技术方案，所述导电胶层为石墨烯改性天然橡胶或石墨烯导电硅橡胶。

作为本申请改进的技术方案，所述导电网采用银丝、铜丝或金丝构成，所述银丝、所述铜丝或所述金丝的尺寸为微米级。

作为本申请改进的技术方案，还包括第一信号接收器、第二信号接收器与第三信号接收器；所述第一信号接收器用于接收所述导电网采集的脑电信号；所述第二信号接收器用于接收所述导电胶层采集的脑电信号；所述第三信号接收器用于同时接收所述导电网采集的脑电信号与所述导电胶层采集的脑电信号。

有益效果

本申请采用附耳与施压层结合的方式能够将信号采集单元牢固固定于待测位点。特别的是本申请中将吸附固定(附耳)与信号采集元件分离，避免为了保证固定脑电极而牺牲脑电极的检测区域。

本申请中设计充气腔与弹性覆盖面；充气腔鼓起，基于无弹力面的束缚(无弹力面连接于附耳被附耳固定)，弹性覆盖面鼓起促使信号采集元件贴附于皮肤表面。由于每个贴片脑电极独立对应一个检测位点，因此每个附耳独立作用一个脑电极，能够保证每个脑电极能基于其所在位置的弧度进行有效贴合，充分保证脑电极与皮肤的接触效率。

电信号的采集一种方式是采用具有弹性/柔性的石墨烯导电硅橡胶进行检测，其特点是具有高弹性、高导电性，既能方便贴附于表皮、又能被弹性覆盖面挤压变形，保证电极与表皮的充分接触，附耳则保证贴附的稳定性；其实现最佳的接触面积与信号检测。

电信号的采集另一种方式是采用导电网与导电胶分别进行信号检测，导电网是直接采用导电金属与皮肤接触接收电信号；导电胶是基于具有柔性的有机导电涂层与皮肤接触接收电信号；两种检测方式获得两个信号。双重检测信号之间彼此独立，既能校验脑电极固定的稳定性，又能全面检测脑电信号。

本申请导电胶进一步选择具有导电性与环状结构的导电高分子补充单组份环氧胶的物理性能。具体为导电高分子选择具有环状结构，在一定程度将导电粒子固定在一定位置，避免导电粒子的团聚，也保证到导电胶具有持续稳定的导电性能；同时其也辅助提供导电性能，充分保证导电胶的传导效率；将单组份环氧胶做成膜物质，即保证导电胶具有一定附着力，也保证导电胶具有弹性。最终实现的是导电胶层能与绝缘层、弹性覆盖面有充分的附着力，避免脱落；又保证导电胶导电性能的稳定；还保证在弹性覆盖面的压力下导电胶层、导电网能与表皮充分接触。

综上，本申请的贴片脑电极的电极具有柔性结构，在弹性覆盖面作用下能充分贴附于表皮，保证了信号检测的精准性。同时，结构简单，方便操作。

附图说明

图1绘示本申请一种全面覆盖的贴片脑电极正常状态结构示意图；

图2绘示本申请一种全面覆盖的贴片脑电极贴附使用状态结构示意图；

图3绘示本申请导电网结构示意图；

图4绘示本申请导电网与导电胶结构状态示意图；

图中，1、抽吸气结构；2、附耳；3、无弹力面；4、充气腔；5、导电胶层；6、导电网；7、吸盘；8、渗入网孔中的导电胶。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本申请的技术方案进行全面完整的说明。

名词定义：

全面覆盖：是指对每个检测位点所对应的面积进行全面脑电信号。

信号采集元件：是用于脑电信号的采集元件。

压力元件：是指对信号采集元件施压，以保证信号采集元件能够充分全面接触脑电检测位点。

弹性覆盖面：是指充气后能够鼓起的面，可采用绝缘橡胶层，以避免信号丢失。

无弹力面3:是指充气后基本不会鼓起的面，比如可在绝缘橡胶层面覆盖棉布或麻布，以保证气在充气后不鼓起。

附耳2：附着式连接于电极单元，用于固定电极单元。

渗入网孔中的导电胶"：导电胶层#在未固化时具有一定流动性，流动状态的导电胶能填充于导电网的网孔中。此时，由于绝缘层作用，导电胶层与导电网之间无电信号传导。

体积电阻率的测定方法可采用本领域已知的方法，例如可按中国专利申请公开CN102015884A中的方法进行，也可以使用电阻率测定仪(可得自上海尧顺电子科技有限公司，型号FM100GH)直接测量。

实施例1

如图1和图2，一种全面覆盖的贴片脑电极，包括电极单元与附耳2单元。

其中，所述电极单元包括信号采集元件与压力元件。信号采集元件主要用于检测脑电信号；压力元件用于对信号采集元件进行施压，促使信号采集元件以一定的压力贴附于待检测位点，能够保证电极单元充分接触待检测位点以避免信号错漏或缺失。

所述压力元件包括施压层，所述施压层一面具有弹性，为弹性覆盖面；所述弹性覆盖面覆盖于所述信号采集元件上；另一面为无弹力面3，所述弹性覆盖面与所述无弹力面3之间形成充气腔4。具体设计时，弹性覆盖面采用橡胶材质，无弹力面3可以内里采用橡胶材质的内层、外覆麻布；使用时，充气腔4充气，弹性覆盖面鼓起，无弹力面3由于麻布的束缚不会鼓起，由此弹性覆盖面鼓起过程会挤压信号采集元件上，促使信号采集元件充分贴附于待检测位点。该方式能够保证信号采集元件适用于各种待检测位点，特别是适用于头部具有不同弧度的待检测位点。当然，弹性覆盖面可采用弹性硅胶材质，或其他具有弹性的也具有密封性的材质；无弹力面3可采用内附橡胶面，外附无纺布或其他具有密封性的不具有弹性的材质(也可以直接使用无弹力的薄膜、塑料等材质)；或者可采用其他不透气的不具弹性的材质作为无弹力面$。信号采集元件可采用现有技术的任何可采集电信号的电极，使用时保证电极与压力元件固定在一起。本实施例中对充气腔4要求鼓起后具有能够完全覆盖信号采集单元的面积。使用时由于弹性覆盖面的弹性性能，充气腔4会随着贴附位置的形状发生变形，以完全贴附于检测位点。充气腔4在未充气时，无具体要求，如充气腔4可为扁平状，充气后鼓起。优选地，所述弹性覆盖面为电绝缘材质，以避免造成信号干扰。

所述附耳2单元，包括至少两个附耳2，所述附耳2具有吸盘7与对吸盘7进行抽气与吸气的抽吸气结构1。具体是，吸盘7具有吸盘面，与对吸盘面进行抽气的气体通道；所述抽吸气结构1设于所述气体通道中，并连通于所述充气腔4，并将对吸盘7进行抽气过程产生的气体充入所述充气腔4，以固定吸盘7并促使充气腔4鼓起；或在吸气过程中将充气腔4中的气体充入吸盘7，以释放吸盘7并使充气腔4复原。抽吸气结构1可采用电控式的微型气泵。具体的：不同吸盘7的气体通道可连通于充气腔4的同一位点，也可连通于不同位点。但为了优化结构，多个吸盘7的气体通道可共用一个抽吸气结构1，抽吸气结构1的一端连通于充气腔4(如图1和图2所示)。

为了保证信号采集元件能够充分贴附待检测位点，至少两个附耳2均匀布设于所述施压层的两侧，以保证电极单元能被稳定固定于待检测位点(如图1和图2所示)。

实施例2

区别于实施例1的是，所述信号采集元件采用石墨烯导电硅橡胶。

实施例3

区别于实施例1的是该方案采用底层导电网6上覆盖导电胶层5，导电胶层5中均匀分布有导电粒子的方式，对贴片区域进行全面脑电信号检测。导电网6与导电胶层5之间设有绝缘层，以避免二者之间信号干扰。

采用现有技术的导电胶时，实际安装时，导电胶层5与弹性覆盖面为多点固定连接，以避免导电胶层5固化后导致充气腔4无法膨胀；充气腔4膨胀过程中，固定点保证二者相对固定，无弹力面3被附耳2固定无法膨胀，充气腔4更多的向导电胶层5膨胀，以提供导电胶层5一定挤压力，并促使导电网6与导电胶层5与检测位点充分接触。更优选的是，弹性覆盖面的面积大于导电胶层5的面积，导电胶层5位于弹性覆盖面的中间位置，充气腔4充气时，弹性覆盖面向周边膨胀，无弹力面3被附耳2固定，弹性覆盖面会给予导电胶层5一定的挤压力，促使导电网6和导电胶层5与检测位点充分接触。

优选地，所述导电胶层5为石墨烯改性天然橡胶或石墨烯导电硅橡胶。这两者具有充分的韧性与优良的导电性能，在使用时能够自动流动全面贴合表皮；实际应用时，如图4所示，会出现渗入网孔的导电胶8。

更优选地，区别于实施例1的是，所述信号采集元件包括导电网6与导电胶层5。导电网6与导电胶层5能分别采集待检测位点的电信号，而且二者互不影响。具体的是所述导电网6与所述导电胶层5之间采用绝缘层隔离，即绝缘层只覆盖导电网6与导电胶层5接触的面，导电网6与待检测位点接触的面不被绝缘层覆盖。所述导电网6具有网孔，并且网孔的一面贴附于检测表皮(待检测位点)、网孔的另一面覆盖有所述绝缘层；所述导电胶层5涂覆于所述绝缘层上并且部分渗入于所述网孔(如图4所示)。

实际应用时，导电网6可采用导电金属丝相交形成的网，所述导电金属丝可采用银丝、铜丝、金丝、镍丝等。具体的，如导电金属丝可采用0.15微米-80微米的直径(如可用森特5S)，导电铜丝可采用60微米的直径，金丝可采用20微米的直径(或者现有技术能到达的更细的直径)，镍丝可采用25微米的直径。实际选用时保证金属丝的直径不高于0.1mm。导电网6的制备工艺可参照微米筛网。

绝缘层可采用不导电的绝缘涂料，如环氧树脂涂层、聚氨酯树脂涂层；也可以采用现有技术其他绝缘涂料，如CN201310345914.7、CN201310344757.8、CN201611216762.0、CN201610603618.6、CN201310269529.9等现有技术。采用绝缘涂料具有双重功能，其一是实现导电网6与导电胶层5之间的绝缘，其二是增加导电胶层5与绝缘层之间的粘附效果(相较于导电胶层5与金属的粘附，导电胶层5与绝缘层之间涂附会具有更好的粘附效果)，能够降低对导电胶层5中对粘附效果的要求，以便更好的追求导电胶层3的导电效果。

所述导电胶层5采用导电涂层涂布而成。本申请的导电胶层5可采用CN201210333055.5所公布的技术方案所获得导电胶。但其使用时需控制微米导电粒子选用最小尺寸，即使如此，也会在一定程度上影响到导电胶层5的电信号检测准确度；同时由于其成膜物质具有较高硬度，不能很好的变形以配合贴附表皮。

为此，本申请可按需自制导电胶层5，所述导电胶层5采用导电涂层涂布而成；所述导电涂层包括成膜物质与导电粒子，成膜物质的质量百分含量为25％-45％，导电粒子的质量百分含量为60％-75％；所述成膜物质为包括导电高分子、单组份环氧胶，二者质量比为(1-3):1；所述导电高分子为聚苯胺类、聚吡咯类、聚苯硫醚类、聚苯乙炔类、聚对苯撑类中的任意一种。

为了提高导电性能所述导电粒子包含任意质量比的小尺寸导电粒子、中尺寸导电粒子与大尺寸导电粒子；小尺寸导电粒子的粒径为20-30nm，中尺寸导电粒子的粒径为30-60nm，大尺寸导电粒子的粒径为60-80nm。

导电粒子可为Ag、Cu、Au、Al、Fe、Pt、Ni、Co、Bi、Sn、Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ag-Cu、Sn-Ag-Bi、Sn-Zn-Bi、和/或Sn-Bi。

导电胶的制备方法，包括：将i)高分子、ii)导电粒子，混合即得导电胶。其中，在混合前，导电高分子可以是其预聚物的形式(例如形成为浆料)，以便进行混合和固化。

导电涂层应用例1:

小尺寸导电粒子、中尺寸导电粒子与大尺寸导电粒子按1:1:1比例混合。导电胶的配方为：

聚3-甲基磺酸吡咯预聚物：20％，

单组份环氧胶20％，

银粉：60％，

将上述成分充分混合即可。其粘度能够达到可通过刮刀直接印刷的程度。

在150-220℃受热后，聚3-甲基磺酸吡咯能自固化，无需加入固化剂。经测量，固化后的导电胶的体积电阻率低达8.8×10^-8Ω·m。

导电涂层应用例2:

小尺寸导电粒子、中尺寸导电粒子与大尺寸导电粒子按2:1:3.5比例混合。导电胶的配方为：

聚3-甲基磺酸吡咯预聚物：24％，

单组份环氧胶：8％，

银粉：68％，

将上述成分充分混合即可。其粘度能够达到可通过刮刀直接印刷的程度。

经测量，固化后的导电胶的体积电阻率低达7.8×10^-8Ω·m。

导电涂层应用例3:

小尺寸导电粒子、中尺寸导电粒子与大尺寸导电粒子按1:3.5:1比例混合。导电胶的配方为：

聚苯乙炔15％，

单组份环氧胶10％％

铜粉：75％，

将上述成分充分混合即可。其粘度能够达到可通过刮刀直接印刷的程度。

经测量，固化后的导电胶的体积电阻率低达8.2×10^-8Ω·m。

实施例4

对实施例2或实施例3进行补充的是，贴片脑电极还包括第一信号接收器、第二信号接收器与第三信号接收器。第一信号接收器、第二信号接收器与第三信号接收器设于检测位点的外部，可独立于贴片脑电极存在，只要能保证第一信号接收器、第二信号接收器与第三信号接收器分别能接受到对应的信号即可。所述第一信号接收器用于接收所述导电网6采集的脑电信号；所述第二信号接收器用于接收所述导电胶层5采集的脑电信号；所述第三信号接收器用于同时接收所述导电网6采集的脑电信号与所述导电胶层5采集的脑电信号。

第一信号接收器与第二信号接收器分别接收不同信号来源，比较二者的信号，可对检测位置的信号做相互校核；而用于疾病诊断或治疗时，则可选择第三信号接收器，同时采用第一信号接收器与第二信号接收器的叠加信号进行校核。

第一信号接收器、第二信号接收器与第三信号接收器可采用现有技术中任何能够接收电信号(电流信号、电压信号)的设备。如放大器与处理经放大器处理的电信号的上位机。

Claims (10)

1.一种全面覆盖的贴片脑电极，其特征在于，包括

电极单元，包括信号采集元件与压力元件；所述压力元件包括施压层，所述施压层一面具有弹性，为弹性覆盖面；所述弹性覆盖面覆盖于所述信号采集元件上；另一面为无弹力面，所述弹性覆盖面与所述无弹力面之间形成充气腔；

附耳单元，包括至少两个附耳，所述附耳具有吸盘与对吸盘进行抽气与吸气的抽吸气结构；所述抽吸气结构连通于所述充气腔，并将该过程产生的气体充入所述充气腔，以固定吸盘、同时鼓起充气腔；或在吸气过程中将充气腔中的气体充入吸盘，以释放吸盘、同时复原充气腔；

其中，所述至少两个附耳均匀布设于所述施压层的两侧，并能约束所述无弹力面避免其在充气腔鼓起时运动。

2.根据权利要求1所述的一种全面覆盖的贴片脑电极，其特征在于，所述至少两个附耳共用一个所述抽吸气结构。

3.根据权利要求1所述的一种全面覆盖的贴片脑电极，其特征在于，所述弹性覆盖面为电绝缘材质。

4.根据权利要求1所述的一种全面覆盖的贴片脑电极，其特征在于，所述信号采集元件采用石墨烯导电硅橡胶。

5.根据权利要求1所述的一种全面覆盖的贴片脑电极，其特征在于，所述信号采集元件包括导电网与导电胶层，所述导电网与所述导电胶层之间采用绝缘层隔离；所述导电胶层粘附于所述弹性覆盖面上；所述导电网层具有网孔，并且所述网孔的一面贴附于检测表皮、所述网孔的另一面覆盖有所述绝缘层；所述导电胶层涂覆于所述绝缘层上并且部分渗入于所述网孔。

6.根据权利要求5所述的一种全面覆盖的贴片脑电极，其特征在于，所述导电胶层采用导电涂层涂布而成；所述导电涂层包括成膜物质与导电粒子，成膜物质的质量百分含量为25％-45％，所述导电粒子的质量百分含量为60％-75％；所述成膜物质为包括导电高分子与单组份环氧胶，二者质量比为(1-3):1；所述导电高分子为聚苯胺类、聚吡咯类、聚苯硫醚类、聚苯乙炔类、聚对苯撑类中的任意一种。

7.根据权利要求6所述的一种全面覆盖的贴片脑电极，其特征在于，所述导电粒子包含任意质量比的小尺寸导电粒子、中尺寸导电粒子与大尺寸导电粒子；所述小尺寸导电粒子的粒径为20-30nm，所述中尺寸导电粒子的粒径为30-60nm，所述大尺寸导电粒子的粒径为60-80nm。

8.根据权利要求5所述的一种全面覆盖的贴片脑电极，其特征在于，所述导电胶层为石墨烯改性天然橡胶或石墨烯导电硅橡胶。

9.根据权利要求5所述的一种全面覆盖的贴片脑电极，其特征在于，所述导电网采用银丝、铜丝或金丝构成，所述银丝、所述铜丝或所述金丝的尺寸为微米级。

10.根据权利要求5所述的一种全面覆盖的贴片脑电极，其特征在于，还包括第一信号接收器、第二信号接收器与第三信号接收器；所述第一信号接收器用于接收所述导电网采集的脑电信号；所述第二信号接收器用于接收所述导电胶层采集的脑电信号；所述第三信号接收器用于同时接收所述导电网采集的脑电信号与所述导电胶层采集的脑电信号。