柔性干電極及其制造方法、以及生物電勢(shì)采集系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開的各個(gè)實(shí)施方式涉及生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域，并且更具體地涉及一種柔性干電極、柔性干電極的制造方法以及生物電勢(shì)采集系統(tǒng)。
【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)和人工智能研宄的不斷深入發(fā)展，腦電信號(hào)正在被越來(lái)越多的應(yīng)用到醫(yī)學(xué)檢測(cè)、臨床診斷以及新興的腦-機(jī)接口領(lǐng)域。作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)的直接外在表征，腦電能反映出大腦皮層不同區(qū)域的活動(dòng)狀態(tài)，可用來(lái)檢測(cè)人的生理、心理狀態(tài)以及不同腦功能的腦區(qū)交互方式；可為腦疲勞、腦中風(fēng)、腦死亡等腦部狀態(tài)提供診斷信息；可結(jié)合腦電解讀技術(shù)，完成腦與外部設(shè)備的直接通信，實(shí)現(xiàn)腦-機(jī)接口系統(tǒng)。
[0003]目前，由于腦疲勞導(dǎo)致的疲勞駕駛以及腦中風(fēng)等引起的人員傷亡越來(lái)越多，通過(guò)腦-機(jī)接口技術(shù)可以有效地識(shí)別出人員腦部的狀態(tài)，從而對(duì)人員發(fā)生這種狀況后進(jìn)行及時(shí)報(bào)警，使得能夠及時(shí)采取有效的措施，以避免人員的傷亡。腦電采集電極作為腦-機(jī)接口的橋梁，在腦電測(cè)量中起著極其重要的作用。腦電信號(hào)是一種微弱的電壓信號(hào)，為了得到高品質(zhì)的腦電信號(hào)，需要電極有較小的阻抗及噪聲，且具有較為穩(wěn)定的電極阻抗。由于腦疲勞，腦中風(fēng)等信息的檢測(cè)需要較長(zhǎng)時(shí)間，這還要求電極系統(tǒng)在佩戴過(guò)程中具有較好的舒適性。傳統(tǒng)的濕電極具有較小的電極噪聲，然而其佩戴過(guò)程繁瑣，且隨著導(dǎo)電介質(zhì)中水分的揮發(fā)，其阻抗會(huì)變變大導(dǎo)致電極阻抗不穩(wěn)定，不利于腦電信號(hào)的采集。傳統(tǒng)的剛性干電極佩戴方便，但是其無(wú)法適應(yīng)人頭部的曲率變化，導(dǎo)致其有效接觸面積減小，阻抗增大，且由于電極的剛性，使得電極對(duì)頭部的壓強(qiáng)變的不均勻，舒適度較差，長(zhǎng)時(shí)間佩戴甚至?xí)绊懪宕魅藛T的動(dòng)作行為，不利于腦電信號(hào)的采集。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本公開的實(shí)施例的目的包括提供一種干電極、干電極的制造方法以及生物電勢(shì)采集系統(tǒng)，以至少部分解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題。
[0005]根據(jù)本公開的一個(gè)方面，提供了一種干電極，包括柔性封裝層和多個(gè)電極導(dǎo)體。所述柔性封裝層包括第一表面和與所述第一表面相對(duì)的第二表面，其中所述第一表面上設(shè)置有多個(gè)凹槽。所述多個(gè)電極導(dǎo)體分別設(shè)置于相應(yīng)的凹槽中，其中，至少一個(gè)電極導(dǎo)體為鏤空形狀。
[0006]根據(jù)本公開的一個(gè)示例性實(shí)施方式，所述鏤空形狀為柵欄狀、螺旋狀或網(wǎng)格狀。
[0007]根據(jù)本公開的一個(gè)示例性實(shí)施方式，所述柔性封裝層中設(shè)置有多個(gè)毛細(xì)孔，每個(gè)毛細(xì)孔分別從所述第一表面向所述第二表面延伸而貫穿所述柔性封裝層與外界連通。
[0008]根據(jù)本公開的一個(gè)示例性實(shí)施方式，在相鄰的電極導(dǎo)體之間設(shè)置有至少一個(gè)所述毛細(xì)孔。
[0009]根據(jù)本公開的一個(gè)示例性實(shí)施方式，每個(gè)毛細(xì)孔的直徑在0.1mm至1_的范圍內(nèi)。
[0010]根據(jù)本公開的一個(gè)示例性實(shí)施方式，所述干電極還包括粘接至所述第二表面上的由吸汗材料制成的織物層。
[0011]根據(jù)本公開的一個(gè)示例性實(shí)施方式，所述干電極還包括形成于每個(gè)電極導(dǎo)體上的、用于接觸待測(cè)對(duì)象的導(dǎo)電納米涂層。
[0012]根據(jù)本公開的一個(gè)示例性實(shí)施方式，所述導(dǎo)電納米涂層包括納米鉑、納米銀或納米金。
[0013]根據(jù)本公開的一個(gè)示例性實(shí)施方式，所述柔性封裝層的材質(zhì)為聚酰亞胺、聚對(duì)二甲苯或聚二甲苯硅氧烷。
[0014]根據(jù)本公開的另一方面，提供了一種生物電勢(shì)采集系統(tǒng)，包括如上所述的任意一種干電極。
[0015]根據(jù)本公開的又一方面，提供了一種干電極的制造方法，包括:在柔性絕緣基底上形成彼此間隔開的多個(gè)電極導(dǎo)體，其中至少一個(gè)電極導(dǎo)體為鏤空形狀。
[0016]根據(jù)本公開的一個(gè)示例性實(shí)施方式，所述方法還包括:利用柔性絕緣材料封裝每個(gè)電極導(dǎo)體；以及去除部分柔性絕緣材料，以使得每個(gè)電極導(dǎo)體從所述柔性絕緣材料中暴
Mo
[0017]根據(jù)本公開的一個(gè)示例性實(shí)施方式，所述鏤空形狀為柵欄狀、螺旋狀或網(wǎng)格狀。
[0018]根據(jù)本公開的一個(gè)示例性實(shí)施方式，所述方法還包括:在每個(gè)電極導(dǎo)體上形成用于接觸待測(cè)對(duì)象的導(dǎo)電納米涂層。
[0019]根據(jù)本公開的一個(gè)示例性實(shí)施方式，所述方法還包括:貫穿所述柔性絕緣材料和所述柔性絕緣基底形成多個(gè)毛細(xì)孔。
[0020]根據(jù)本公開的一個(gè)示例性實(shí)施方式，所述方法還包括:將織物層粘接至所述柔性絕緣基底的表面上，所述織物層背離所述電極導(dǎo)體。
[0021]在本公開的各個(gè)實(shí)施方式的技術(shù)方案中，通過(guò)使用柔性干電極，不僅電極可以貼合待測(cè)對(duì)象(例如佩戴者的頭部)，增加接觸面積，從而減小阻抗，而且由于電極具有較好的柔性，對(duì)頭部的作用力可以得到均勻的分散，使各部分接觸壓強(qiáng)保持一致，增加了佩戴舒適度，有利于長(zhǎng)時(shí)間對(duì)腦電信號(hào)的采集和測(cè)量。此外，在本公開的各個(gè)實(shí)施方式的技術(shù)方案中，電極導(dǎo)體可以制作成鏤空形狀，使電極導(dǎo)體更容易變形，一方面，鏤空狀增強(qiáng)了電極導(dǎo)體的柔性，能夠減小折彎對(duì)電極導(dǎo)體的影響，從而增加干電極的使用壽命；另一方面，能夠改善電極貼合度，從而增加佩戴舒適感。
[0022]此外，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，由于鏤空形狀為柵欄狀或者螺旋狀，所以，電極導(dǎo)體的剛度最小，更容易變形，進(jìn)而，將折彎對(duì)電極的影響減小到最小，增加電極使用壽命；另一方面，更能夠改善電極貼合度，增加佩戴的舒適度。
[0023]此外，在本公開的一些實(shí)施方式的技術(shù)方案中，通過(guò)在未設(shè)置有電極導(dǎo)體的區(qū)域中設(shè)置從第一表面延伸至第二表面的至少一個(gè)毛細(xì)孔，一方面，使佩戴者在未出汗的情況下，部分皮膚與空氣接觸，增加透氣性；另一方面，在佩帶者出汗的情況下，通過(guò)毛細(xì)孔的毛細(xì)作用將汗水導(dǎo)出，所以，通過(guò)設(shè)置毛細(xì)孔，提高長(zhǎng)期佩戴的舒適性，電極貼在皮膚上的透氣性，不會(huì)導(dǎo)致毛囊堵塞。
[0024]此外，在進(jìn)一步方案中，所述干電極還包括粘接至所述第二表面上的由吸汗材料制作的織物層且該織物層連通所述毛細(xì)孔，在佩戴者出汗的情況下，毛細(xì)孔導(dǎo)出的汗水被該織物層吸收，吸汗快，有利于長(zhǎng)期佩戴，提高舒適度。
[0025]此外，在本公開的一些實(shí)施方式的技術(shù)方案中，通過(guò)在干電極的電極導(dǎo)體上電鍍導(dǎo)電納米涂層，能夠增加電極導(dǎo)體的比表面積，有利于降低電極阻抗，從而能夠提高電極信噪比。
【附圖說(shuō)明】
[0026]當(dāng)結(jié)合附圖閱讀下文對(duì)示范性實(shí)施方式的詳細(xì)描述時(shí)，這些以及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，在附圖中:
[0027]圖1示出了根據(jù)本公開的示例性實(shí)施方式的干電極的截面示意圖；
[0028]圖2A至圖2D示出了根據(jù)本公開的示例性實(shí)施方式的電極導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3A至圖3E以截面圖示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方式的干電極的制造方法的過(guò)程；以及
[0030]圖4A至圖4F以截面圖示出了根據(jù)本公開的另一實(shí)施方式的干電極的制造方法的過(guò)程。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面將參考附圖中的若干示例性實(shí)施方式來(lái)描述本公開的原理和方法。應(yīng)當(dāng)理解，描述這些實(shí)施方式僅僅是為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更好地理解進(jìn)而實(shí)現(xiàn)本公開，而并非以任何方式限制本公開的范圍。
[0032]在本公開的各個(gè)實(shí)施方式中，“干電極”指的是生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域的用于采集生物電信號(hào)的電極，例如，用于采集腦電信號(hào)的電極(也稱為EEG電極或者腦電圖電極)、用于采集肌電信號(hào)的電極或者用于采集心電信號(hào)的電極等。本實(shí)施方式公開的干電極可以測(cè)量心電、肌電和腦電。在本公開的【具體實(shí)施方式】中，為了便于理解，以用于采集腦電信號(hào)的電極為示例進(jìn)行說(shuō)明其結(jié)構(gòu)，然而本發(fā)明的構(gòu)思同樣可以應(yīng)用于其它類型的干電極。
[0033]圖1示出了根據(jù)本公開的示例性實(shí)施方式的干電極10的截面示意圖，圖2A至圖2D示出了根據(jù)本公開的示例性實(shí)施方式的電極導(dǎo)體2的幾種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]如圖1所示，干電極10可以包括柔性封裝層I和多個(gè)電極導(dǎo)體2。柔性封裝層I包括第一表面11和與第一表面11相對(duì)的第二表面12。第一表面11上可以設(shè)置有多個(gè)凹槽，并且每個(gè)電極導(dǎo)體2分別設(shè)置于相應(yīng)的凹槽中，一個(gè)凹槽里設(shè)置有一個(gè)電極導(dǎo)體2。在圖1中，僅示出了三個(gè)電極導(dǎo)體2，然而，電極導(dǎo)體2的數(shù)目可以為兩個(gè)或更多個(gè)。在圖1中，第一表面11上的凹槽已經(jīng)由相應(yīng)的電極導(dǎo)體2占據(jù)。多個(gè)電極導(dǎo)體2中的至少一個(gè)(例如一個(gè)、一部分或者所有電極導(dǎo)體2)可以具有鏤空形狀。
[0035]例如，圖2A中示出了柵欄狀的電極導(dǎo)體2，圖2B中示出了螺旋狀的電極導(dǎo)體2，柵欄狀和螺旋狀的剛度最小，進(jìn)而，將折彎對(duì)電極導(dǎo)體2的影響減小到最小，更能夠改善電極貼合度。在其他實(shí)施方式中，鏤空形狀可以是網(wǎng)格狀，網(wǎng)格狀的電極導(dǎo)體2也能減小折彎對(duì)電極導(dǎo)體2的影響，只是其效果沒有柵欄狀或者螺旋狀好。圖2C中示出了一種具有規(guī)則圖案(例如規(guī)則的網(wǎng)格)的電極導(dǎo)體2，圖2D中示出了一種具有不規(guī)則圖案(例如不規(guī)則的網(wǎng)格)的電極導(dǎo)體2。本領(lǐng)域技術(shù)人員，從圖2C和圖2D可以得到技術(shù)啟示，對(duì)于電極導(dǎo)體2的具體鏤空?qǐng)D案并不進(jìn)行限定，其可以是各種類型的規(guī)則圖案，也可以是各種類型的不規(guī)貝IJ圖案，以減小折彎對(duì)電極導(dǎo)體的影響而增強(qiáng)柔性及提高佩戴舒適性為準(zhǔn)。
[0036]通過(guò)將電極導(dǎo)體2制作成具有鏤空形狀的結(jié)構(gòu)，能夠使電極導(dǎo)體2更容易變形，因而，一方面，能夠減小折彎對(duì)電極導(dǎo)體2的影響，從而增加干電極的使用壽命；另一方面，能夠改善電極貼合度，從而增加佩戴舒適感。
[0037]在上述實(shí)施方式中，第一表面11指的是干電極10的在使用時(shí)與待測(cè)對(duì)象(例如佩戴者的皮膚)接觸的表面，而第二表面12指的是干電極10的在使用時(shí)不與待測(cè)對(duì)象接觸的表面。電極導(dǎo)體2可以采用本領(lǐng)域中已知的各種材料，例如，諸如金、銀、鉑之類的金屬，或者導(dǎo)電橡膠等，在本公開的各個(gè)實(shí)施方式中對(duì)此并不進(jìn)行限制。
[0038]如圖1所示，在進(jìn)一步方案中，所述柔性封裝層I中還可以設(shè)置有至少一個(gè)毛細(xì)孔4，每個(gè)毛細(xì)孔4分別從第一表面11向第二表面延伸而貫穿所述柔性封裝層I。在圖1中示意性地示出了四個(gè)毛細(xì)孔4。通過(guò)在未設(shè)置有電極導(dǎo)體2的區(qū)域中設(shè)置貫穿柔性封裝層I的毛細(xì)孔4，使佩戴者在未出汗的情況下，部分皮膚能夠與空氣接觸，從而能夠增