基于導(dǎo)電液的濕電極的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及基于導(dǎo)電液的濕電極，其中所述濕電極具有殼體(4)，該殼體(4)通過上蓋(3)在上部封閉，在所述殼體(4)中容納有金屬板(1)，從該殼體(4)中伸出的導(dǎo)線(5)與金屬板(1)導(dǎo)電連接，用于導(dǎo)出濕電極的信號(hào)，其中，所述濕電極還具有至少兩個(gè)電極柱組件(10)，以及在所述殼體(4)的底部還設(shè)有與所述電極柱組件(10)的數(shù)量相匹配的至少兩個(gè)孔(11)，其中每個(gè)電極柱組件(10)都從所述殼體(4)底部的相應(yīng)的孔(11)中伸出并且在靠近孔(11)的一端至少部分地與所述金屬板(1)導(dǎo)電連接。
【專利說明】
基于導(dǎo)電液的濕電極

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于導(dǎo)電液的濕電極。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著醫(yī)學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、認(rèn)知心理學(xué)和人工智能研究的深入發(fā)展，生物電信號(hào)正在被越來越多的應(yīng)用到醫(yī)學(xué)檢測、臨床診斷以及新興的腦-機(jī)接口等領(lǐng)域。電極作為生物體和外部測量設(shè)備之間的接口，起著傳遞生物電信號(hào)到測量設(shè)備的作用，它的性能決定著生物電信號(hào)的質(zhì)量。
[0003]表面濕電極是一種非侵入式電極，它使用方便，對病人傷害小，測量精度高，與干電極相比其具有更低的皮膚接觸阻抗，有利于生物電信號(hào)的采集。目前，表面濕電極大多采用在金屬電極板和皮膚之間增加一層導(dǎo)電物質(zhì)如導(dǎo)電液或者導(dǎo)電膏實(shí)現(xiàn)，其中利用導(dǎo)電液或者導(dǎo)電膏來濕潤皮膚以達(dá)到降低電極與皮膚接觸阻抗的目的?；趯?dǎo)電膏的濕電極在使用時(shí)需要在電極與皮膚之間注入導(dǎo)電膏，在檢測完成后還需要對電極和被測試者的頭部進(jìn)行清洗，這種清洗程序較為復(fù)雜。另一方面，基于導(dǎo)電液的濕電極通常使用生理鹽水為導(dǎo)電介質(zhì)，其使用后清洗較為方便。
[0004]目前，基于導(dǎo)電液的濕電極主要結(jié)構(gòu)為金屬極板與儲(chǔ)水纖維連接，使用時(shí)通過儲(chǔ)水纖維吸水后再安裝在頭部。例如，美國Emotiv公司的EPOC電極系統(tǒng)使用的濕電極由吸水材料固定在金屬板上而成，使用前先將導(dǎo)電液滴于吸水材料上，然后將吸水材料與皮膚接觸，從而測量生物電信號(hào)。由于腦電極安裝位置的特殊性，需要其有穿過頭發(fā)不受頭發(fā)干擾的能力。現(xiàn)有的基于導(dǎo)電液的濕電極一般是下面兩種形式:一種是具有直徑較小的電極柱，其具有穿過頭發(fā)與頭皮直接接觸的能力，但此種電極儲(chǔ)液量小，使用時(shí)間短，且由于接觸面積小，導(dǎo)致接觸阻抗較大；另一種則是具有直徑較大的電極柱，其具有較大的儲(chǔ)液量，但其容易被頭發(fā)擋住不能直接接觸頭皮，且導(dǎo)電液部分會(huì)被頭發(fā)吸收，降低導(dǎo)電液的使用率。而且由于導(dǎo)電液一方面起濕潤皮膚作用，一方面還起著傳導(dǎo)腦電信號(hào)的作用，隨著使用時(shí)間的增加，存儲(chǔ)于吸水材料中的導(dǎo)電液逐漸減少，使得皮膚和電極之間的接觸阻抗增大，從而使接觸阻抗變得不穩(wěn)定，不利于長期生物電信號(hào)的精確采集。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服上述缺陷本發(fā)明提出了一種基于導(dǎo)電液的濕電極。這種濕電極具有殼體，該殼體通過上蓋在上部封閉，在所述殼體中容納有金屬板，從該殼體中伸出的導(dǎo)線與金屬板導(dǎo)電連接，用于導(dǎo)出濕電極的信號(hào)，其中，所述濕電極還具有至少兩個(gè)電極柱組件，以及在所述殼體的底部還設(shè)有與所述電極柱組件的數(shù)量相匹配的至少兩個(gè)孔，其中每個(gè)電極柱組件都從所述殼體底部的相應(yīng)的孔中伸出并且在靠近孔的一端至少部分地與所述金屬板導(dǎo)電連接。
[0006]在本發(fā)明中，電極柱組件優(yōu)選為細(xì)長形的，或者說其直徑明顯小于其長度。這種形狀的電極柱組件由此可以避免由于單個(gè)較大直徑的電極柱造成導(dǎo)電液過快地?fù)]發(fā)，又避免了現(xiàn)有技術(shù)中單個(gè)小直徑電極柱不易濕潤皮膚的缺點(diǎn)。通過設(shè)置多個(gè)電極柱組件，在儲(chǔ)水芯中注入導(dǎo)電液后，導(dǎo)電液通過多個(gè)電極柱組件同時(shí)傳遞至皮膚從而濕潤皮膚、降低接觸阻抗。而且多個(gè)直徑較小的電極柱組件可以穿過頭發(fā)直接與皮膚接觸，從而有利地避免了頭發(fā)干擾，進(jìn)一步降低接觸阻抗，提高導(dǎo)電液使用效率。
[0007]根據(jù)一種有利的實(shí)施方式，所述電極柱組件為多孔材料制成，例如多孔鈦、多孔不銹鋼、多孔鎳等多孔金屬材料。
[0008]根據(jù)另一種有利的實(shí)施方式，所述電極柱組件包括穿過所述殼體的孔的管件，優(yōu)選為金屬管，所述金屬管與所述金屬板導(dǎo)電連接。
[0009]有利的是，在所述金屬管中還填充有導(dǎo)水芯，所述導(dǎo)水芯在所述金屬管的內(nèi)部延伸穿過所述殼體的底部上的孔與所述殼體內(nèi)部連接，由此將導(dǎo)電液引導(dǎo)至皮膚。有利的是，當(dāng)在殼體中設(shè)有儲(chǔ)水芯以儲(chǔ)存導(dǎo)電液時(shí)，使導(dǎo)水芯與殼體內(nèi)的儲(chǔ)水芯連接。由于導(dǎo)水芯與儲(chǔ)水芯相互連接，可以有利地通過接觸皮膚的導(dǎo)水芯將儲(chǔ)水芯中包含的導(dǎo)電液引導(dǎo)至皮膚表面，從而浸潤皮膚。而且，由于電極柱由里層導(dǎo)水芯和外層金屬層構(gòu)成，在導(dǎo)電液用盡時(shí)，電極外層金屬與頭皮的接觸阻抗較纖維小，有利于腦電信號(hào)的傳遞。
[0010]根據(jù)一種更為有利的實(shí)施方式，所述電極柱組件還包括多孔金屬柱，所述多孔金屬柱設(shè)置在所述金屬管的遠(yuǎn)離所述孔的端部上。在設(shè)置時(shí)可以優(yōu)選地使該多孔金屬柱與所述導(dǎo)水芯接觸連接。
[0011]有利的是，所述多孔金屬柱與所述金屬管通過過盈配合連接。
[0012]根據(jù)一種更為有利的實(shí)施方式，所述多孔金屬柱以多孔鈦、多孔不銹鋼、多孔鎳等多孔金屬材料制成。由于金屬柱的多孔特性，當(dāng)儲(chǔ)水芯中的導(dǎo)電液經(jīng)由金屬管中的導(dǎo)水芯流入到多孔金屬柱后，多孔金屬柱便會(huì)吸收導(dǎo)電液。當(dāng)多孔金屬柱與皮膚接觸時(shí)，導(dǎo)電液會(huì)通過多孔金屬柱中的微孔將導(dǎo)電液傳遞至皮膚從而濕潤皮膚，由此降低皮膚和電極間的接觸阻抗，有利于生物電信號(hào)的采集。由于其本身為金屬制成，并且多孔金屬柱導(dǎo)電性好，有利于生物電信號(hào)的傳遞。
[0013]根據(jù)另一種更為有利的實(shí)施方式，所述電極柱組件還包括金屬絲，所述金屬絲穿過所述電極柱組件并在靠近所述孔的一端與所述金屬板導(dǎo)電連接，以及所述金屬絲在所述電極柱組件的遠(yuǎn)離所述金屬板的端部彎折，以通過彎折邊與皮膚形成接觸。由于金屬絲以彎折邊與皮膚接觸，由此有利地避免了金屬絲劃傷皮膚。而且，通過增加金屬絲與皮膚的接觸，能夠更好的傳導(dǎo)生物電信號(hào)。有利的是，所述金屬絲由鈦、不銹鋼制成。
[0014]根據(jù)一種有利的實(shí)施方式，依據(jù)本發(fā)明的金屬板的材料為鈦、不銹鋼、銅。
[0015]根據(jù)一種有力的實(shí)施方式，在上述各種實(shí)施例中都在殼體中設(shè)置儲(chǔ)水芯。
[0016]根據(jù)一種有利的實(shí)施方式，所述儲(chǔ)水芯由聚合物纖維或棉纖維制成。
[0017]根據(jù)一種有利的實(shí)施方式，上蓋和殼體的材料為聚合物。
[0018]根據(jù)一種有利的實(shí)施方式，上蓋和殼體通過螺紋或卡扣連接在一起。
[0019]根據(jù)一種有利的實(shí)施方式，穿過殼體的導(dǎo)線與金屬板焊接在一起。
[0020]根據(jù)一種有利的實(shí)施方式，導(dǎo)水芯為聚合物纖維或棉纖維。
[0021]根據(jù)一種有利的實(shí)施方式，金屬管的材料為不銹鋼或鈦等金屬。
[0022]根據(jù)一種有利的實(shí)施方式，金屬管與金屬板焊接在一起。
[0023]根據(jù)一種有利的實(shí)施方式，金屬管通過粘接安裝在殼體的孔內(nèi)。
[0024]在此，本發(fā)明通過多個(gè)電極柱組件結(jié)構(gòu)既避免了頭發(fā)干擾，使電極柱直接與頭皮接觸，又增大了電極與頭皮接觸面積，降低了接觸阻抗。在濕電極中由于增加大尺寸儲(chǔ)水裝置，增加了導(dǎo)電液儲(chǔ)量，延長電極使用周期。電極柱由里層導(dǎo)水纖維和外層金屬層構(gòu)成，在導(dǎo)電液用盡時(shí)，電極外層金屬與頭皮的接觸阻抗較纖維小，有利于腦電信號(hào)的傳遞。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]在附圖中示出本發(fā)明的實(shí)施例并且在以下描述中詳細(xì)解釋這些實(shí)施例。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示實(shí)施相同或相似的功能組件或元件。其中:
[0026]圖1示出了依據(jù)本發(fā)明的濕電極的第一種實(shí)施方式，
[0027]圖2示出了依據(jù)本發(fā)明的濕電極的第二種實(shí)施方式，
[0028]圖3示出了依據(jù)本發(fā)明的濕電極的第三種實(shí)施方式，

【具體實(shí)施方式】
[0029]圖1總體上示出了依據(jù)本發(fā)明的基于導(dǎo)電液的濕電極的第一實(shí)施例。該濕電極具有殼體4,該殼體用于容納導(dǎo)電液。殼體4在其上部通過上蓋3封閉。在本實(shí)施例中，殼體4與上蓋3均由聚合物制成。在上蓋3的周壁的內(nèi)側(cè)可以設(shè)置螺紋，同時(shí)在殼體4的周壁上部的外側(cè)也設(shè)置相應(yīng)的螺紋，由此殼體4與上蓋3能夠通過螺紋連接。雖然沒有具體示出，但是也可以在殼體4和上蓋3上設(shè)施卡扣機(jī)構(gòu)或其他連接機(jī)構(gòu)，使兩者相互連接。上蓋3可以防止容納在殼體4中的導(dǎo)電液揮發(fā)。導(dǎo)電液可以直接容納在殼體4中，但是在本實(shí)施例中，在殼體4的內(nèi)部放置一個(gè)儲(chǔ)水芯2，導(dǎo)電液被吸收在儲(chǔ)水芯2中。在圖1中可以看至IJ，殼體4的內(nèi)腔中容納著儲(chǔ)水芯2。該儲(chǔ)水芯2在此由吸水性材料，例如聚合物纖維或棉纖維等制成，由此可以將導(dǎo)電液包含在其中。在此，可以將殼體4的內(nèi)腔設(shè)計(jì)地較大，從而能夠容納較大尺寸的儲(chǔ)水芯2，尺寸較大的儲(chǔ)水芯可以存儲(chǔ)較多的導(dǎo)電液，由此能夠延長電極的使用時(shí)間。
[0030]殼體4具有底部,在其底部上設(shè)置有金屬板I，該金屬板I起將由濕電極的電極柱采集到的腦電信號(hào)傳遞至金屬導(dǎo)線5的作用。該金屬板I可以由鈦、不銹鋼、銅等材料制成。金屬板I在本實(shí)施例中還通過焊接與導(dǎo)線5導(dǎo)電連接。導(dǎo)線5穿過殼體4伸出到殼體外部，用于傳遞該濕電極的信號(hào)。
[0031]在圖1所示的實(shí)施例中，出于可視性原因可以看到該濕電極具有兩個(gè)電極柱組件10。在其他未示出的實(shí)施例中，可以設(shè)置至少兩個(gè)這種電極柱組件，例如可以設(shè)置三個(gè)、四個(gè)或者根據(jù)實(shí)際情況，如可用空間設(shè)置更多個(gè)這種細(xì)長的電極柱組件。在本發(fā)明中，細(xì)長形的電極柱組件指其直徑明顯小于長度的電極柱組件。當(dāng)在儲(chǔ)水芯2中注入導(dǎo)電液后，導(dǎo)電液通過多個(gè)電極柱組件10同時(shí)傳遞至皮膚從而濕潤皮膚、降低接觸阻抗。多個(gè)直徑較小的電極柱組件10可以穿過頭發(fā)直接與皮膚接觸，避免頭發(fā)干擾，進(jìn)一步降低接觸阻抗，提高導(dǎo)電液使用效率。
[0032]在殼體4的底部上設(shè)有與電極柱組件10的數(shù)量相同的孔11。這些孔優(yōu)選地具有與電極柱組件10的外徑相應(yīng)的內(nèi)徑，使得電極柱組件10能夠配合地從殼體4的底部伸出，用于與皮膚、例如頭皮接觸。
[0033]在圖1中，可以看到，電極柱組件10優(yōu)選地包括一個(gè)由金屬管7構(gòu)成的外殼。該金屬管7可以是圓柱形金屬管也可以具有任何便于加工的橫截面形狀。金屬管7可以由不銹鋼或鈦等金屬制成。在該金屬管7中優(yōu)選可以填充或容納有由吸水性材料制成的導(dǎo)水芯
6。該導(dǎo)水芯6的材料可以與儲(chǔ)水芯2的材料相同，例如為聚合物纖維或者棉纖維。當(dāng)然該導(dǎo)水芯并非必需的。金屬管7在上端，即靠近孔11的那一端在殼體4的內(nèi)部與金屬板I導(dǎo)電連接。在本實(shí)施例中，金屬管7與金屬板I的導(dǎo)電連接是通過焊接實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)然也可以通過任何方式的接觸來實(shí)現(xiàn)。
[0034]在使用時(shí)，電極柱組件10以其遠(yuǎn)離殼體4或者說遠(yuǎn)離孔11的端部接觸皮膚，例如頭皮。生物電信號(hào)經(jīng)由電極柱組件10從金屬板I和導(dǎo)線5被傳遞出來。由于設(shè)有多個(gè)這樣的電極柱組件10，因此當(dāng)儲(chǔ)水芯2中注入導(dǎo)電液后，導(dǎo)電液能夠順暢地通過多個(gè)電極柱組件10內(nèi)部的導(dǎo)水芯6被傳遞到皮膚上進(jìn)而濕潤皮膚并降低接觸阻抗。由于電極柱組件10具有較小的直徑，由此可以直接穿過毛發(fā)與皮膚接觸，進(jìn)而避免了由于毛發(fā)造成的干擾。當(dāng)長時(shí)間使用后，導(dǎo)電液可能會(huì)由于在皮膚表面的揮發(fā)而變干，此時(shí)電極柱組件10的金屬管7與皮膚之間直接接觸，降低了由于導(dǎo)電液揮發(fā)而導(dǎo)致的阻抗升高的影響，從而穩(wěn)定阻抗，延長電極的使用時(shí)間。
[0035]圖2示出了依據(jù)本發(fā)明的濕電極的第二實(shí)施例。該實(shí)施例與圖1所示的實(shí)施例類似，在此對相同或類似部件不再贅述，僅對有區(qū)別的部分進(jìn)行詳細(xì)闡述。在圖2中可以看至IJ，電極柱組件10除了金屬管7和導(dǎo)水芯6之外，還具有多孔金屬柱8。
[0036]根據(jù)本發(fā)明，多孔金屬柱8的材料可以為多孔鈦、多孔不銹鋼、多孔鎳等多孔金屬材料。其中，所述的多孔金屬柱8優(yōu)選通過一次燒結(jié)成型或通過多孔金屬材料進(jìn)行機(jī)械加工而成型?？梢韵氲降氖?，還可以通過本領(lǐng)域已知的任何其他方式在金屬柱上構(gòu)造多個(gè)微孔，從而形成依據(jù)本發(fā)明的多孔金屬柱。
[0037]在圖2中可以看到，該多孔金屬柱8可以部分嵌入到金屬管7內(nèi)部與導(dǎo)水芯6接觸連接，并且在該金屬管7的內(nèi)部通過過盈配合與金屬管7配合連接。在圖2中看到的多孔金屬柱8還優(yōu)選地具有臺(tái)階部，通過該臺(tái)階部抵靠在金屬管7的遠(yuǎn)離殼體4的端面上。當(dāng)然，也可以采取其它連接方式，如螺紋旋接等，只要金屬柱8與金屬管接觸并堵住管口即可。
[0038]由于金屬柱8的多孔特性，當(dāng)儲(chǔ)水芯2中的導(dǎo)電液經(jīng)由金屬管7中的導(dǎo)水芯6流入到多孔金屬柱8后，多孔金屬柱8便會(huì)吸收導(dǎo)電液。當(dāng)多孔金屬柱8與皮膚接觸時(shí)，導(dǎo)電液會(huì)通過多孔金屬柱8中的微孔將導(dǎo)電液傳遞至皮膚從而濕潤皮膚，由此降低皮膚和電極間的接觸阻抗，有利于生物電信號(hào)的采集。由于其本身為金屬制成，并且多孔金屬柱導(dǎo)電性好，有利于生物電信號(hào)的傳遞。
[0039]在本實(shí)施例中，該多孔金屬柱8以其一端與金屬管7連接的實(shí)施方式，由此生物電信號(hào)還可以通過多孔金屬柱8、金屬管7傳遞至金屬板I并最終通過導(dǎo)線引出。
[0040]當(dāng)然，電極柱組件10也可以直接用多孔金屬材料制成，無需上述的金屬管7和多孔金屬柱8。
[0041]圖3示出了依據(jù)本發(fā)明的濕電極的第三實(shí)施例。與之前所描述的兩個(gè)實(shí)施例不同的是，在圖3所示的實(shí)施例中穿過電極柱組件10內(nèi)部嵌入有金屬絲9。該金屬絲9 一端與金屬板I導(dǎo)電連接，另一端與皮膚接觸。在本實(shí)施例中，該金屬絲9在導(dǎo)水芯6中順著金屬管7的走向通道殼體4的內(nèi)腔中，并在那里與金屬板I導(dǎo)電連接。在本實(shí)施例中，金屬絲9通過焊接與金屬板I導(dǎo)電連接。金屬絲9在遠(yuǎn)離殼體4的一端在導(dǎo)水芯6內(nèi)部彎折，使得彎折邊暴露于導(dǎo)水芯6外能夠與皮膚接觸。由于金屬絲9的彎折設(shè)置使得金屬絲能夠與皮膚接觸而不劃傷皮膚，由此將生物電信號(hào)傳導(dǎo)至金屬板I。在本實(shí)施例中，還可以使包含有金屬絲9的彎折部分的導(dǎo)水芯6略微地伸出超過金屬管的長度。依據(jù)本發(fā)明，金屬絲9的材料可以為鈦、不銹鋼等。在這種情況下，管件不必與金屬板I導(dǎo)電連接，也不必由金屬制成。
[0042]本發(fā)明的保護(hù)范圍僅由權(quán)利要求限定。得益于本發(fā)明的教導(dǎo)，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不超出本發(fā)明的保護(hù)范圍的情況下可以根據(jù)具體情況對本發(fā)明做出各種變型、修改或者替換，這些變型、修改或者替換落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種濕電極，其中所述濕電極具有殼體(4)，該殼體(4)通過上蓋(3)在上部封閉，在所述殼體(4)中容納有金屬板(I)，從該殼體(4)中伸出的導(dǎo)線(5)與金屬板(I)導(dǎo)電連接，用于導(dǎo)出濕電極的信號(hào)，其中，所述濕電極還具有至少兩個(gè)電極柱組件(10)，以及在所述殼體(4)的底部還設(shè)有與所述電極柱組件(10)的數(shù)量相匹配的至少兩個(gè)孔(11)，其中每個(gè)電極柱組件(10)都從所述殼體(4)底部的相應(yīng)的孔(11)中伸出并且在靠近孔(11)的一端至少部分地與所述金屬板(I)導(dǎo)電連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的濕電極，其特征在于，所述電極柱組件(10)包括穿過所述殼體(4)的孔(11)的金屬管(7)，所述金屬管(7)與所述金屬板(I)導(dǎo)電連接。
3.按照權(quán)利要求2所述的濕電極，其特征在于，在所述金屬管(7)中填充有導(dǎo)水芯(6)，所述導(dǎo)水芯(6)在所述金屬管(7)的內(nèi)部延伸穿過所述殼體(4)的底部上的孔(11)與所述殼體(4)的內(nèi)部連接。
4.按照權(quán)利要求2所述的濕電極，其特征在于，所述電極柱組件(10)還包括多孔金屬柱(8)，所述多孔金屬柱(8)設(shè)置在所述金屬管(7)的遠(yuǎn)離所述孔(11)的端部上。
5.按照權(quán)利要求4所述的濕電極，其特征在于，所述多孔金屬柱(8)與所述金屬管(7)通過過盈配合連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的濕電極，其特征在于，所述多孔金屬柱(8)以多孔鈦、多孔不銹鋼、多孔鎳等多孔金屬材料制成。
7.按照權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的濕電極，其特征在于，所述電極柱組件(10)還包括金屬絲(9)，所述金屬絲(9)穿過所述電極柱組件(10)并在靠近所述孔(11)的一端與所述金屬板(I)導(dǎo)電連接，以及所述金屬絲(9)在電極柱組件(10)遠(yuǎn)離所述金屬板(I)的端部彎折，以通過彎折邊與皮膚形成接觸。
8.按照權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的濕電極，其特征在于，在所述殼體中設(shè)有儲(chǔ)水芯⑵。
9.按照權(quán)利要求8所述的濕電極，其特征在于，所述儲(chǔ)水芯(2)由聚合物纖維或棉纖維制成。
10.按照權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的濕電極，其特征在于，所述上蓋(3)和殼體(4)通過螺紋或卡扣連接在一起。
11.按照權(quán)利要求3至6中任意一項(xiàng)所述的濕電極，其特征在于，所述導(dǎo)水芯(6)為聚合物纖維或棉纖維。
【文檔編號(hào)】A61B5/0478GK104224166SQ201310236001
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月7日
【發(fā)明者】董記平, 夏鵬, 馬清寶 申請人:上海帝儀科技有限公司