專利名稱：一種適于人體電信號(hào)測(cè)量應(yīng)用的充氣式電極系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物電信號(hào)測(cè)量裝置，特別是一種用于人體電信號(hào)采集的電極系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過將測(cè)量所需的電極與特制的充氣氣囊相連，并通過自動(dòng)式充氣控制單元控制氣囊充氣狀態(tài)，使系統(tǒng)中的電極與人體緊密相連，滿足人體電信號(hào)測(cè)量要求。
背景技術(shù)：
在金屬導(dǎo)體中，電流是通過自由電子的定向移動(dòng)形成的，而在生物體中，電流則是由體液或組織中的正離子和負(fù)離子的定向移動(dòng)產(chǎn)生的。在生物電信號(hào)測(cè)量中，電極在拾取人體電信號(hào)的同時(shí)，將人體中的離子電流轉(zhuǎn)換成電子電路中的電子電流。其轉(zhuǎn)換效率的高低直接決定了信號(hào)采集的準(zhǔn)確性，因而是生物電信號(hào)采集中致關(guān)重要的關(guān)鍵性部件。電極的電信號(hào)轉(zhuǎn)換效率不僅與電極的材質(zhì)相關(guān)，還與電極與皮膚的接觸效果高度·相關(guān)，接觸不良時(shí)不僅會(huì)產(chǎn)生較高的接觸阻抗，降低轉(zhuǎn)換效率，還會(huì)引起較大的接觸噪聲，嚴(yán)重干擾信號(hào)質(zhì)量，甚至?xí)?dǎo)致信號(hào)完全中斷。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，常規(guī)的電極一般通過逐次粘貼、及時(shí)調(diào)整等方式，將電極粘貼在人體體表對(duì)應(yīng)位置處并保證電極與皮膚良好接觸。這種方法一般能夠滿足于如常規(guī)心電圖、腦電圖等電極應(yīng)用不多、電極定位準(zhǔn)確性要求不高的場(chǎng)合。然而，隨著醫(yī)學(xué)科技的發(fā)展，應(yīng)用更多的電極、在更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)記錄觀察人體準(zhǔn)確部位的電信號(hào)的需求越來越廣泛。例如在事件相關(guān)腦電信號(hào)測(cè)量與分析中，需要記錄人頭部多達(dá)200余處的電信號(hào)活動(dòng)信息；在癲癇病灶源定位或特征分析時(shí)，需要病人長(zhǎng)時(shí)間配戴多達(dá)20個(gè)以上的電極的腦電記錄系統(tǒng)，以捕捉癲癇病灶活動(dòng)情況；基于電阻抗斷層成像技術(shù)的動(dòng)態(tài)圖像監(jiān)護(hù)技術(shù)需要在盡可能短的時(shí)間內(nèi)將16個(gè)以上的等間距分布電極快速粘貼于患者體表，并在最長(zhǎng)可達(dá)10余天的連續(xù)圖像監(jiān)護(hù)過程中保持電極與皮膚的良好接觸，同時(shí)保證電極位置固定不變。在這些應(yīng)用中，如何實(shí)現(xiàn)電極與皮膚間快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定的連接已成為相關(guān)領(lǐng)域的難點(diǎn)問題之一。針對(duì)以上問題，在腦電事件相關(guān)電位測(cè)量與分析應(yīng)用中，一般采用將電極固定在有一定彈性的電極帽上，并通過電極帽將電極緊密的壓在頭皮上以解決電極快速粘貼與準(zhǔn)確定位的問題。但這種方法的不足在于由于人頭顱外形的不規(guī)則性，在頭皮曲率大的地方電極與皮膚壓力高，長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大痛苦甚至致局部缺血壞死；曲率相對(duì)較小的地方壓力不足，導(dǎo)致電極接觸不良；而在一些凹陷處，電極與皮膚有可能完全接觸不上。在癲癇病灶源定位及電阻抗斷層成像應(yīng)用中，目前常見的方法仍以將電極直接粘貼在皮膚表面為主。這種方法不僅存在速度慢、電極定位精度差、電極易隨皮膚而移動(dòng)等問題，長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)護(hù)時(shí)，還會(huì)因出汗、體動(dòng)等原因?qū)е码姌O脫落或接觸不良，影響監(jiān)護(hù)效果。在新的電阻抗斷層成像系統(tǒng)中，也有人采用將電極按等間隔的方式固定在彈性繃帶上，使用時(shí)直接將電極帶圍在目標(biāo)區(qū)域周圍，實(shí)現(xiàn)電極的快速貼放。與腦電極帽相似，這種電極帶雖然能夠在一定程度上提高電極安放的效率和電極的定位精度，但無法保證電極粘貼效果的均一^丨生和舒適性。因而發(fā)明一種能夠快速、準(zhǔn)確、有效地將多個(gè)電極貼放于患者目標(biāo)區(qū)域，并使之長(zhǎng)時(shí)間、穩(wěn)定地保持在粘貼區(qū)域在相關(guān)研究與應(yīng)用領(lǐng)域中有著重要的應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有多電極人體電信號(hào)測(cè)量與分析系統(tǒng)對(duì)電極系統(tǒng)的特殊需求，本發(fā)明的目的在于，提供一種新的基于充氣氣囊結(jié)構(gòu)的帶狀電極系統(tǒng)，以在相關(guān)應(yīng)用中能夠快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)電極的粘貼與固定，并在長(zhǎng)時(shí)間動(dòng)態(tài)監(jiān)護(hù)過程中保證電極與人體接觸的良好、一致性。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案予以實(shí)現(xiàn)一種適于人體電信號(hào)測(cè)量應(yīng)用的充氣式電極系統(tǒng)，其特征在于，主要部件包括—系列一次性自粘電極，用于米集人體電信號(hào)信息；一系列彈性氣囊，用于固定上述一次性自粘電極，并將其壓在被測(cè)量目標(biāo)周圍；
一個(gè)柔性支撐帶，一方面用于準(zhǔn)確固定各彈性氣囊，并通過帶內(nèi)的導(dǎo)氣管使各彈性氣囊內(nèi)部相通，另一方面用于固定電極導(dǎo)線及相關(guān)前置電路；—個(gè)氣體壓力控制系統(tǒng)，該氣體壓力控制系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置有一個(gè)微型氣泵，用于將氣體泵入各氣囊里；一個(gè)排氣閥，用于排出多余氣體；一個(gè)氣壓檢測(cè)傳感器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的氣體壓強(qiáng)；一個(gè)壓力控制單元，用以讀取系統(tǒng)的氣體壓強(qiáng)，并通過微型氣泵或排氣閥對(duì)壓力進(jìn)行調(diào)整；各電極均通過彈性氣囊固定在柔性支撐帶上，各彈性氣囊通過支撐帶中的導(dǎo)管內(nèi)部相通，通過調(diào)整氣體壓力控制系統(tǒng)與維持各彈性氣囊內(nèi)的壓力實(shí)現(xiàn)各一次性自粘電極與皮膚一致、可靠接觸。所述的彈性氣囊內(nèi)置彈性元件，使氣囊在無外界壓力時(shí)，呈收縮狀態(tài)，其頂端帶動(dòng)自粘電極向彈性氣囊內(nèi)凹陷，從而將自粘電極收納其間，避免自粘電極中的凝膠提前與皮膚接觸；充氣后，彈性氣囊鼓起推動(dòng)自粘電極向外運(yùn)動(dòng)，使之與皮膚良好接觸，并使自粘電極周圍的自粘性凝膠與皮膚相粘接。以保證粘貼效果。所述的柔性支撐帶可以呈環(huán)狀或帽狀，以適于頭部或肢體使用，也可以呈帶狀，兩端通過尼龍扣搭接用于胸腹使用。所述的柔性支撐帶中可以只固定一層自粘電極，也可以固定多層自粘電極以適應(yīng)于不同應(yīng)用需求。本發(fā)明的適于人體電信號(hào)測(cè)量應(yīng)用的充氣式電極系統(tǒng)，帶來的技術(shù)效果在于I)采用柔性支撐帶與充氣氣囊相結(jié)合的方式固定電極，大大提高了實(shí)際操作中電極粘貼速度和效率，并保證了電極定位的準(zhǔn)確性及電極與皮膚接觸的可靠性；2)可以適應(yīng)人體不同部位的成像需求，克服傳統(tǒng)帶式電極系統(tǒng)在人體凹陷部位電極接觸不良而突起部位壓力過高的不足，保證接觸效果，并保證患者檢測(cè)的舒適性；3)可以自動(dòng)調(diào)整氣囊壓力，從而使各電極與皮膚間的壓力保持均勻一致，保證了長(zhǎng)時(shí)間圖像監(jiān)護(hù)過程中電極的接觸效果；4)可以通過控制進(jìn)入氣囊內(nèi)的氣體量的多少，改變氣囊凸起的程度，從而適應(yīng)不同體型的被測(cè)者的成像應(yīng)用需求；
5)采用獨(dú)特的內(nèi)陷式充氣氣囊結(jié)構(gòu)，使得氣囊充氣前，電極扣凹陷在氣囊內(nèi)部，從而避免了自粘電極提前與皮膚接觸，保證了電極粘貼位置的準(zhǔn)確性。


圖I是本發(fā)明的適于人體電信號(hào)測(cè)量應(yīng)用的充氣式電極系統(tǒng)氣路結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的電極帶展開圖，其中，圖(A)是正視圖，圖(B)是俯視圖；圖4是發(fā)明中的氣囊結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖(A)是充氣狀態(tài)，圖(B)是放氣狀態(tài)。圖5是發(fā)明中的自粘電極結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖(A)是正視圖，圖(B )是側(cè)視圖。以下結(jié)合附圖以及發(fā)明人提供的原理和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式I、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其工作原理如圖I所示，本實(shí)施例給出一種新的基于充氣氣囊結(jié)構(gòu)的帶狀電極系統(tǒng)，主要部件包括一系列一次性自粘電極，用于采集人體電信號(hào)信息；一系列彈性氣囊，用于固定上述一次性自粘電極，并將其壓在被測(cè)量目標(biāo)周圍；一個(gè)柔性支撐帶，一方面用于準(zhǔn)確固定各彈性氣囊，并通過帶內(nèi)的導(dǎo)氣管使各彈性氣囊內(nèi)部相通，另一方面用于固定電極導(dǎo)線及相關(guān)前置電路；—個(gè)氣體壓力控制系統(tǒng)，該氣體壓力控制系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置有一個(gè)微型氣泵，用于將氣體泵入各氣囊里；一個(gè)排氣閥，用于排出多余氣體；一個(gè)氣壓檢測(cè)傳感器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的氣體壓強(qiáng)；—個(gè)壓力控制單元，用以讀取系統(tǒng)的氣體壓強(qiáng)，并通過微型氣泵或排氣閥對(duì)壓力進(jìn)行調(diào)整；各電極均通過彈性氣囊固定在柔性支撐帶上，各彈性氣囊通過支撐帶中的導(dǎo)管內(nèi)部相通，通過調(diào)整氣體壓力控制系統(tǒng)與維持各彈性氣囊內(nèi)的壓力實(shí)現(xiàn)各一次性自粘電極與皮膚一致、可靠接觸。使用前，通過氣囊頂端的電極扣將一次性自粘電極依次固定，揭掉自粘電極表面的保護(hù)層。隨后系統(tǒng)自動(dòng)開啟控制系統(tǒng)中的排氣閥，放盡彈性氣囊中的氣體，使彈性氣囊收縮，并使一次性自粘電極陷于彈性氣囊內(nèi)部。然后將柔性支撐帶放置于人體待測(cè)部位的四周，調(diào)整好位置。此時(shí)，氣體壓力控制系統(tǒng)關(guān)閉排氣閥，打開微型氣泵，開始向彈性氣囊充氣。在氣體壓力作用下，伸縮式彈性氣囊逐漸伸張，并使一次性自粘電極突出，使之與人體接觸、壓緊。這一過程中，氣體壓力控制系統(tǒng)通過氣體壓力傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的氣體壓強(qiáng)。當(dāng)壓強(qiáng)達(dá)到設(shè)定閾值時(shí)，關(guān)閉氣泵；當(dāng)壓力超過預(yù)設(shè)閾值時(shí)，則通過排氣閥釋放多余氣體。在監(jiān)護(hù)過程中，氣體壓力控制系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的壓力變化，并適時(shí)調(diào)整。根據(jù)密閉容器內(nèi)氣體壓力分布規(guī)律可知在忽略伸縮氣囊內(nèi)縮拉力的條件下，由于本電極系統(tǒng)中各伸縮氣囊通過柔性支撐帶內(nèi)部的氣管相通，因而在充氣狀態(tài)下，做用在各電極與皮膚間的壓力大小相等，從而保證了各電極的粘貼效果。這種方式還可保證在長(zhǎng)時(shí)間圖像監(jiān)護(hù)過程中，即便患者體位發(fā)生變化，各電極的與皮膚間的壓力保持均等、穩(wěn)定。2、柔性支撐帶如圖2或圖3所示，本實(shí)施例的柔性支撐帶采用質(zhì)地輕柔但不易拉伸的材料制作。由內(nèi)支撐層和外支撐層兩層柔性支撐材料構(gòu)成。兩支撐層間的腔隙自然構(gòu)成氣體導(dǎo)管。內(nèi)支撐層預(yù)留有與氣囊連接的導(dǎo)氣孔，以方便伸縮氣囊的安裝。同時(shí)所有的電極引線呈平行狀固定在支撐帶腔隙內(nèi)，并通過電極與充氣接口與成像系統(tǒng)相連。
柔性支撐帶可分別制成如圖2所示的環(huán)形或如圖3所示的條帶形以適應(yīng)人體不同部位的應(yīng)用需求。當(dāng)制成條帶形時(shí)，其一次性自粘電極與充氣接口置于帶的中央，并在帶的兩端固定尼龍扣，以便于搭接。需要時(shí)也可制成帶狀多層電極或帽狀多層電極。3、彈性伸縮氣囊本實(shí)施例的彈性伸縮氣囊如圖4所示，由氣囊、電極扣、彈性元件、電極導(dǎo)線等部分構(gòu)成。氣囊的四周呈波紋狀，在氣體壓力作用下可以沿軸向拉伸；無壓力時(shí)，則在彈性元件作用下回縮。氣囊的頂端采用彈性材料制成，上面嵌入電極扣及電極導(dǎo)線。使用時(shí)，在氣體壓力作用下，氣囊的頂端向外突起，使電極與皮膚密切接觸，如圖4 (A)所示；而無氣體壓力時(shí)，則被彈性元件拉回，收縮于氣囊內(nèi)部，避免粘貼前電極自粘膠與皮膚過早接觸，如圖4(B)所示。氣囊底部開孔與支撐帶上的氣孔相連，與電極導(dǎo)線也通過該孔引出，連接到支撐帶內(nèi)的引線中。本實(shí)施例中的彈性元件對(duì)氣囊頂端施加一個(gè)弱的拉力，使頂端在無氣體壓力作用下自動(dòng)向氣囊內(nèi)凹陷，在電極粘貼前起保護(hù)電極作用。4、一次性自粘電極本實(shí)施例所選用的一次性自粘電極，可以根據(jù)實(shí)際需求制作或購置，其結(jié)構(gòu)如圖5所示，由支撐基底、電極和自粘凝膠組成。其中，支撐基底采用無紡布或相近的柔性材料制作，將一次性自粘電極嵌于支撐基底中間，周圍涂抹自粘凝膠用以與皮膚粘接。一次性自粘電極的背面制成與氣囊頂端的電極扣相匹配的扣狀。以上給出的實(shí)施例是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明較優(yōu)的例子，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的技術(shù)特征所做出的任何非本質(zhì)的添加、替換，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種適于人體電信號(hào)測(cè)量應(yīng)用的充氣式電極系統(tǒng)，其特征在于，主要部件包括 一系列一次性自 粘電極，用于采集人體電信號(hào)信息； 一系列彈性氣囊，用于固定上述一次性自粘電極，并將其壓在被測(cè)量目標(biāo)周圍； 一個(gè)柔性支撐帶，一方面用于準(zhǔn)確固定各彈性氣囊，并通過帶內(nèi)的導(dǎo)氣管使各彈性氣囊內(nèi)部相通，另一方面用于固定電極導(dǎo)線及相關(guān)前置電路； 一個(gè)氣體壓力控制系統(tǒng)，該氣體壓力控制系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置有 一個(gè)微型氣泵，用于將氣體泵入各氣囊里； 一個(gè)排氣閥，用于排出多余氣體； 一個(gè)氣壓檢測(cè)傳感器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的氣體壓強(qiáng)； 一個(gè)壓力控制單元，用以讀取系統(tǒng)的氣體壓強(qiáng)，并通過微型氣泵或排氣閥對(duì)壓力進(jìn)行調(diào)整； 各電極均通過彈性氣囊固定在柔性支撐帶上，各彈性氣囊通過支撐帶中的導(dǎo)管內(nèi)部相通，通過調(diào)整氣體壓力控制系統(tǒng)與維持各彈性氣囊內(nèi)的壓力實(shí)現(xiàn)各一次性自粘電極與皮膚一致、可靠接觸。
2.如權(quán)利要求I所述的適于人體電信號(hào)測(cè)量應(yīng)用的充氣式電極系統(tǒng)，其特征在于，所述的彈性氣囊內(nèi)置彈性元件，使氣囊在無外界壓力時(shí)，呈收縮狀態(tài)，其頂端帶動(dòng)自粘電極向彈性氣囊內(nèi)凹陷，從而將自粘電極收納其間，避免自粘電極中的凝膠提前與皮膚接觸；充氣后，彈性氣囊鼓起推動(dòng)自粘電極向外運(yùn)動(dòng)，使之與皮膚良好接觸，并使自粘電極周圍的自粘性凝膠與皮膚相粘接。
3.如權(quán)利要求I所述的適于人體電信號(hào)測(cè)量應(yīng)用的充氣式電極系統(tǒng)，其特征在于，所述的柔性支撐帶呈環(huán)狀或帽狀，以適于頭部或肢體使用，或者呈帶狀，兩端通過尼龍扣搭接用于胸腹使用。
4.如權(quán)利要求I所述的適于人體電信號(hào)測(cè)量應(yīng)用的充氣式電極系統(tǒng)，其特征在于，所述的柔性支撐帶中固定一層自粘電極，或者固定多層自粘電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適于人體電信號(hào)測(cè)量應(yīng)用的充氣式電極系統(tǒng)，主要由氣體壓力控制系統(tǒng)、柔性支撐帶、一次性自粘電極、彈性氣囊、導(dǎo)氣管與電極導(dǎo)線等共同構(gòu)成。可通過氣體壓力控制系統(tǒng)對(duì)彈性氣囊的伸縮控制，在粘貼前避免電極上的自粘凝膠與皮膚提前接觸，粘貼后使各電極均能與皮膚良好接觸，保證電極粘貼的快速、準(zhǔn)確、有效性。適于具有較多電極、需要長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)的人體電信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用需求。
文檔編號(hào)A61B5/04GK102894968SQ201210425730
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者史學(xué)濤, 董秀珍, 尤富生, 季振宇, 付峰, 劉銳崗, 徐燦華, 楊濱, 代萌, 漆家學(xué) 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍第四軍醫(yī)大學(xué)