CN204909445U - 一种检测生物电信号的干电极 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例提出了一种检测生物电信号的干电极(100)，包括电极导体(1)、纳米金属层(2)和导电介质(3)，其中，所述纳米金属层(2)位于电极导体(1)上并被所述导电介质(3)覆盖。由于纳米金属层位于电极导体上并且被导电介质覆盖，因此可以降低导电介质与电极导体之间的阻抗，并且可以加速导电介质与电极导体之间的化学反应，从而有利于所检测的生物电信号的传递，提高该信号的质量。

Description

一种检测生物电信号的干电极

技术领域

本公开的实施例涉及生物医学工程领域，特别涉及生物医学工程领域中使用的干电极。

背景技术

随着医学、神经科学、认知心理学和人工智能研究的不断深入发展，测量生物电信号(例如脑电信号、心电信号、肌电信号等)已经变得越来越普遍和有用。例如脑电信号正在被越来越多的应用到医学检测、临床诊断以及新兴的脑-机接口领域。作为中枢神经系统的直接外在表征，脑电能反映出大脑皮层不同区域的活动状态，具有以下作用：可用来检测人的生理、心理状态以及不同脑功能的脑区交互方式；可为脑疲劳、脑中风、脑死亡等脑部状态提供诊断信息；可结合脑电解读技术，完成脑与外部设备的直接通信，实现脑-机接口系统。

目前，例如由于脑疲劳导致的疲劳驾驶以及脑中风等引起的人员伤亡越来越多，通过脑-机接口技术可以有效地识别出人员脑部的状态，从而对人员发生这种状况后进行及时报警，这样能有效避免人员的伤亡。例如脑电采集电极作为脑-机接口的桥梁，在脑电测量中起着极其重要的作用。脑电信号是一种微弱的电压信号，为了得到高品质的脑电信号，需要电极有较小的阻抗及噪声，并且具有较为稳定的电极阻抗。而且由于脑疲劳，脑中风等信息的检测需要较长时间，这还要求电极系统在长期使用过程中尽量缓解细菌滋生。

目前常用的电极包括湿电极和干电极，其中湿电极虽然具有较小的电极噪声，然而其佩戴过程繁琐，并且随着导电介质中水分的挥发，其阻抗会变大从而导致电极阻抗不稳定，不利于脑电信号等生物电信号的采集。而干电极虽然佩戴方便，但是其电极阻抗大，电极/皮肤界面无缓冲层也导致界面阻抗不稳定，容易引入干扰，不利于脑电信号等生物电信号的采集。

实用新型内容

本公开的实施例所要解决的技术问题之一是如何降低导电介质与电极导体之间的阻抗及利于生物电信号的传递，提高电极在使用过程中的信号质量。

本公开的实施例所要解决的另一技术问题是如何缓解电极长期使用过程中的细菌滋生。

根据本公开的一个方面,提出了检测生物电信号的干电极(100)，包括电极导体(1)、纳米金属层(2)和导电介质(3)，其中，所述纳米金属层(2)位于电极导体(1)上并被所述导电介质(3)覆盖。

根据本公开的一个实施例，所述纳米金属层(2)包括纳米银层。

根据本公开的另一实施例，所述纳米银层包括纳米银镀层。

根据本公开的又一实施例，所述干电极(100)包括离子交换膜(4)和基座(5)，离子交换膜(4)连接于所述基座(5)而与所述基座(5)一起构成收容空间，所述电极导体(1)从所述基座(5)外部伸入所述收容空间并与所述收容空间形成密封连接，所述纳米金属层(2)和所述导电介质(3)收容于所述收容空间内。

根据本公开的又一实施例，所述基座(5)包括贯穿所述基座(5)并且与所述收容空间相通的贯穿孔(6)，所述电极导体(1)包括电极芯(7)和与所述电极芯(7)连接的金属扣(8)，所述纳米金属层(2)设置于所述电极芯(7)的与所述金属扣(8)相背的表面上，所述电极芯(7)从所述贯穿孔(6)伸入所述收容空间而密封所述收容空间，所述金属扣(8)位于所述贯穿孔(6)内。

根据本公开的又一实施例，所述基座(5)包括从所述基座(5)延伸并且绕所述基座(5)一周的围墙，所述干电极(100)还包括呈圆环状的电极扣(9)，所述离子交换膜(4)被所述电极扣(9)的圆周压紧于所述围墙并从所述电极扣(9)中部凸出。

根据本公开的另一方面，提出了检测生物电信号的装置，其包括以上所述的检测生物电信号的干电极(100)。

根据本公开的又一方面，提出了脑电信号采集装置，其包括以上所述的检测生物电信号的干电极(100)。

根据本公开的又一方面，提出了肌电信号采集装置，其包括以上所述的检测生物电信号的干电极(100)。

根据本公开的又一方面，提出了心电信号采集装置，其包括以上所述的检测生物电信号的干电极(100)。

本公开的示例性实施例提供的示例性解决方案可以带来以下技术效果：

(1)由于纳米金属层位于所述电极导体上并且被所述导电介质覆盖，因此可以降低导电介质与电极导体之间的阻抗，加速导电介质与电极导体之间的化学反应，从而有利于生物电信号的传递，提高信号质量，而且由于本公开的实施例的纳米金属层具有较高的比表面积，因此可以进一步有利于生物电信号的传递，提高信号质量。

(2)由于纳米金属层为纳米银镀层，因此不仅可以降低导电介质与电极导体之间的阻抗，加速导电介质与电极导体之间的化学反应，有利于生物电信号的传递，提高信号质量；而且，纳米银涂层有杀菌作用，因此，可以实现缓解检测生物电信号的干电极长期使用过程中的细菌滋生的目的。

(3)由于所述电极扣呈圆环状，离子交换膜可以被电极扣的圆周压紧于基座的围墙并从电极扣中部凸出，因此，固定离子交换膜简单方便并且能很好的密封导电介质。

附图说明

现将仅通过示例的方式，参考所附附图对本公开的实施例进行描述，其中

图1为根据本公开一个实施例的检测生物电信号的干电极的分解结构示意图；以及

图2为根据本公开一个实施例的检测生物电信号的干电极组装后的剖面图。

具体实施方式

现将结合附图对本公开的实施例进行具体的描述。应当注意的是，附图中对相似的部件或者功能组件可能使用同样的数字标示。所附附图仅仅旨在说明本公开的实施例。本领域的技术人员可以在不偏离本公开的实施例精神和保护范围的基础上从下述描述得到替代的实施方式。

参考图1至图2，其图示了根据本公开一个实施例的检测生物电信号的干电极100的结构。检测生物电信号的干电极100包括：电极导体1、纳米金属层2和导电介质3，其中，所述纳米金属层2位于电极导体1上并被所述导电介质3覆盖。基座2为绝缘材料。导电介质3为导电水凝胶，其中，含有氯离子等阴离子。

由于本公开的实施例的电极导体(例如电极芯，电极芯有时也称为金属极板)上设有纳米金属层2并且该纳米金属层2被所述导电介质3覆盖，因此可以降低导电介质3与电极导体1之间的阻抗，加速导电介质3和电极导体2之间的化学反应，因此有利于生物电信号的传递，提高信号质量。而且由于本公开的实施例的纳米金属层具有较高的比表面积，因此可以进一步有利于生物电信号的传递，提高信号质量。

根据本公开的一个实施例，所述纳米金属层2包括纳米银层。

例如，纳米银层可以是通过电镀等方式形成，由于纳米银层具有较高的比表面积，可以降低导电介质3与电极导体1之间的阻抗，并且可以加速导电介质3与电极导体1之间的化学反应，因此有利于生物电信号的传递，提高信号质量。

根据本公开的另一实施例，所述纳米银层包括纳米银镀层。

例如，纳米银镀层可以通过超声电镀、脉冲电镀或者两者的结合电镀在电极导体1上，以增强纳米银镀层与电极导体1的结合力。另外，由于导电介质3含有水分，长期使用可能滋生细菌，引起皮肤感染，而纳米银镀层具有强烈的杀菌作用，因此，在电极导体1上例如镀一层纳米银镀层，不仅增加了干电极100的抗菌效果，而且由于纳米银镀层具有较高的比表面积，可以降低导电介质3与电极导体1之间的阻抗，并且可以加速导电介质3与电极导体1之间的化学反应，因此有利于生物电信号的传递，提高信号质量。

根据本公开的又一实施例，所述干电极100包括离子交换膜4和基座5。离子交换膜4在本公开中选择材质为纤维素，截留分子量为1000-20000的透析膜，离子交换膜4连接于所述基座5而与所述基座5一起构成收容空间，所述电极导体1从所述基座5外部伸入所述收容空间并与所述收容空间形成密封连接，所述纳米金属层2和所述导电介质3收容于所述收容空间内。

根据本公开的又一实施例，所述基座5包括贯穿所述基座5并且与所述收容空间相通的贯穿孔6，所述电极导体1包括电极芯7和与所述电极芯7连接的金属扣8，所述纳米金属层2设置于所述电极芯7的与所述金属扣8相背的表面上，所述电极芯7从所述贯穿孔6伸入所述收容空间而密封所述收容空间，所述金属扣8位于所述贯穿孔6内。

例如，贯穿孔6的形状为圆形孔、方形孔、或其他规则或不规则形状的孔；贯穿孔6中可以设有台面，例如用于安装电极导体1(例如电极芯7)。例如，电极芯8粘接在贯穿孔9中而密封所述收容空间以使得导电介质3被所述收容空间包裹，粘接面为背对有纳米金属层(例如纳米银镀层)的一面。又例如，电极芯7正反两表面材质为银，并且正反两表面导电连通(也即电气连接)。又例如，金属扣8焊接在电极芯7上并与电极芯7电气连通。例如，金属扣8通过焊接与电极芯7未镀纳米银镀层的一面电气连接。

根据本公开的又一实施例，所述基座5包括从所述基座5延伸并且绕所述基座5一周的围墙，所述干电极100还包括呈圆环状的电极扣9，所述离子交换膜4被所述电极扣9的圆周压紧于所述围墙并从所述电极扣9中部凸出。

例如，电极扣9为绝缘材料的电极扣。例如，离子交换膜4覆盖在导电介质3上，电极扣9的圆环压在离子交换膜4上而通过紧密配合将离子交换膜4压紧在基座1上(例如基座1的围墙周围)，从而固定离子交换膜4以及使得导电介质3不会从离子交换膜4与围墙之间的间隙流出和使导电介质3形成球面凸起形貌。

根据本公开的另一方面，提出了检测生物电信号的装置，其包括以上所述的检测生物电信号的干电极100。

这样的检测生物电信号的装置可以是各种传感器、治疗仪等。例如，本公开的检测生物电信号的干电极可以被用于测量多种生物电信号，包括但不限于脑电信号、肌电信号和心电信号。

根据本公开的又一方面，提出了脑电信号采集装置，其包括以上所述的检测生物电信号的干电极100。

这样的脑电信号采集装置比如脑电图仪、脑电监测仪、以脑电信号判断疲劳状态的疲劳驾驶仪等。

根据本公开的又一方面，提出了肌电信号采集装置，其包括以上所述的检测生物电信号的干电极100。

这样的肌电信号采集装置比如肌电信号传感器、肌电信号采集仪及肌电治疗仪等。

根据本公开的又一方面，提出了心电信号采集装置，其包括以上所述的检测生物电信号的干电极100。

这样的心电信号采集装置比如心电图仪、心电监护仪、心电监护系统等。

上述检测生物电信号的装置(例如脑电信号采集装置、肌电信号采集装置、心电信号采集装置)通常包括放大器、滤波器及其处理芯片等，在实际应用时，导电介质与电极导体(例如电极芯)连通，电极导体通过接口与放大器连接，当所述干电极的离子交换膜(例如透析膜)与皮肤接触时，生物电势驱使皮肤/电极界面离子通过离子交换膜(例如透析膜)进行运动从而形成电流传递至电极导体(例如电极芯)，并通过接口输入到放大器，经过滤波、采集等处理获得生物电信号(比如脑电信号、心电信号、肌电信号)。

尽管本公开的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应该被认为是对本公开的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对本公开的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本公开的保护范围应由所附加的权利要求来限定。

通过以上描述和相关附图中所给出的教导，这里所给出的本公开的许多修改形式和其它实施方式将被本公开相关领域的技术人员所意识到。因此，所要理解的是，本公开的实施方式并不局限于所公开的具体实施方式，并且修改形式和其它实施方式意在包括在本公开的范围之内。此外，虽然以上描述和相关附图在部件和/或功能的某些示例组合形式的背景下对示例实施方式进行了描述，但是应当意识到的是，可以由备选实施方式提供部件和/或功能的不同组合形式而并不背离本公开的范围。就这点而言，例如，与以上明确描述的有所不同的部件和/或功能的其它组合形式也被预期处于本公开的范围之内。虽然这里采用了具体术语，但是它们仅以一般且描述性的含义所使用而并非意在进行限制。

Claims (10)

1.检测生物电信号的干电极(100)，其特征在于，包括电极导体(1)、纳米金属层(2)和导电介质(3)，其中，所述纳米金属层(2)位于电极导体(1)上并被所述导电介质(3)覆盖。

2.根据权利要求1所述检测生物电信号的干电极(100)，其特征在于，所述纳米金属层(2)包括纳米银层。

3.根据权利要求2所述检测生物电信号的干电极(100)，其特征在于，所述纳米银层包括纳米银镀层。

4.根据权利要求1所述检测生物电信号的干电极(100)，其特征在于，所述干电极(100)包括离子交换膜(4)和基座(5)，离子交换膜(4)连接于所述基座(5)而与所述基座(5)一起构成收容空间，所述电极导体(1)从所述基座(5)外部伸入所述收容空间并与所述收容空间形成密封连接，所述纳米金属层(2)和所述导电介质(3)收容于所述收容空间内。

5.根据权利要求4所述检测生物电信号的干电极(100)，其特征在于，所述基座(5)包括贯穿所述基座(5)并且与所述收容空间相通的贯穿孔(6)，所述电极导体(1)包括电极芯(7)和与所述电极芯(7)连接的金属扣(8)，所述纳米金属层(2)设置于所述电极芯(7)的与所述金属扣(8)相背的表面上，所述电极芯(7)从所述贯穿孔(6)伸入所述收容空间而密封所述收容空间，所述金属扣(8)位于所述贯穿孔(6)内。

6.根据权利要求4所述检测生物电信号的干电极(100)，其特征在于，所述基座(5)包括从所述基座(5)延伸并且绕所述基座(5)一周的围墙，所述干电极(100)还包括呈圆环状的电极扣(9)，所述离子交换膜(4)被所述电极扣(9)的圆周压紧于所述围墙并从所述电极扣(9)中部凸出。

7.检测生物电信号的装置，其特征在于，包括权利要求1至6中任何一项所述的检测生物电信号的干电极(100)。

8.脑电信号采集装置，其特征在于，包括权利要求1至6中任何一项所述的检测生物电信号的干电极(100)。

9.肌电信号采集装置，其特征在于，包括权利要求1至6中任何一项所述的检测生物电信号的干电极(100)。

10.心电信号采集装置，其特征在于，包括权利要求1至6中任何一项所述的检测生物电信号的干电极(100)。