乾電極及其製造方法

2023-11-09 18:56:57 2

乾電極及其製造方法
【專利摘要】本發明的實施例公開了一種乾電極及其製造方法，包括：導管(2)，固定在基板(1)的一側；彈性部件(3)，位於所述導管(2)內，其中所述彈性部件(3)的彈性係數與所述彈性部件(3)在所述基板(1)上的位置相關聯；以及電極柱(4)，位於所述導管(2)內，並且在所述彈性部件(3)的作用下在所述導管(2)內運動。在乾電極與頭皮進行接觸的過程中，根據本發明的實施例的電極柱(4)可以在彈性部件(3)的作用下根據頭部上各個點的曲率相應地伸出或縮回，並且電極柱(4)的彈力可以根據其位置和彈性部件(3)的彈性係數的相關關係而做到相對較均勻，從而保證該乾電極與頭皮形成良好接觸，並且避免位於基板的周邊位置的電極柱(4)由於彈力較小而接觸不好的缺陷。
【專利說明】乾電極及其製造方法

【技術領域】
[0001]本發明的實施例一般涉及腦電測量領域，更具體地，涉及一種乾電極及其製造方法。

【背景技術】
[0002]人體組織細胞總是在自發不斷地產生著很微弱的生物電活動。腦電信號是大量腦神經細胞在高度相干狀態下的電活動在大腦皮層上的總體效應。如果利用在頭皮上安放的電極採集腦電信號並且經由腦電檢測設備放大並記錄在專用紙上，則能夠得到具有一定波形、波幅、頻率和相位的圖形、曲線，即腦電圖。當腦組織發生病理或功能改變時，腦電信號也發生相應的改變，從而為大腦研究、生理神經研究、臨床診斷與康復治療提供依據。
[0003]在腦電信號採集過程中，電極作為人體和外部測量設備之間的接口，可以起到將腦電信號傳遞到測量設備的作用，電極的性能將決定腦電信號的測量質量。具體來說，乾電極是一種非侵入式電極、接觸阻抗較為穩定。此外，相比於溼電極，在使用乾電極前無需對電極和被測者頭皮進行預處理，在使用乾電極後也無需對電極和被測者進行清洗，因此可以大幅縮短腦電測量時間，增加被測者的舒適度。
[0004]目前，通常以模擬梳子的方式將乾電極製造成多柱狀，從而增強幹電極穿透頭髮並與頭皮接觸的能力，圖1和圖2就圖示了這樣的乾電極。
[0005]圖1是圖示根據相關技術的一種乾電極的主視圖和俯視圖，其中，12代表乾電極座，14代表乾電極柱。這些乾電極柱14的高度相同。但是，由於頭部上各個點的曲率不同，圖1中的乾電極柱14通常難以同時都與頭皮形成良好接觸，因此會在腦電測量過程中弓I入工頻幹擾。
[0006]圖2是圖示根據相關技術的另一種乾電極的主視圖和俯視圖，其中，22代表乾電極座，24代表乾電極柱。這些乾電極柱24的高度相同並且僅僅分布在乾電極座22的外圍。這種結構可以使所有乾電極柱24儘可能同時都與頭皮形成良好接觸，然而，這種結構由於沒有使用到中間區域，因此與頭皮接觸面積較小，因此會引起較大的接觸阻抗，這會導致較大熱噪聲並不利於腦電信號的採集。


【發明內容】

[0007]鑑於乾電極難以同時都與頭皮形成良好接觸並且保證與頭皮足夠接觸面積的問題，本發明提出一種乾電極及其製造方法。
[0008]根據本發明的一個方面，提供了一種乾電極，包括:導管，固定在基板的一側；彈性部件，位於所述導管內，其中所述彈性部件的彈性係數與所述導管在所述基板上的位置相關聯；以及電極柱，位於所述導管內，並且在所述彈性部件的作用下在所述導管內運動。
[0009]在一個實施例中，所述電極柱的第一端的直徑小於所述導管的第一端的口徑，所述導管的第一端的口徑小於所述電極柱的第二端的直徑，並且所述電極柱的第二端的直徑小於所述導管的第二端的口徑。
[0010]在一個實施例中，所述導管的第一端具有環狀縮口，所述電極柱的第二端具有環狀凸臺，並且所述環狀縮口的口徑小於所述環狀凸臺的直徑。
[0011]在一個實施例中，所述電極柱的第一端是半球形。
[0012]在一個實施例中，所述導管插入所述基板的孔內。
[0013]在一個實施例中，所述導管通過螺紋連接或者焊接的方式在所述孔內固定。
[0014]在一個實施例中，所述基板和所述導管的材料包括以下至少之一:鈦、不鏽鋼、銅。
[0015]在一個實施例中，所述電極柱的材料包括以下至少之一:鈦、不鏽鋼、金、銀。
[0016]在一個實施例中，所述乾電極還包括:壓緊板，與所述基板平行固定並且具有通孔，所述導管穿過所述通孔並且所述導管的一端固定在所述壓緊板與所述基板之間。
[0017]在一個實施例中，在所述基板的中心位置的所述導管中的所述彈性部件的彈性係數小於在所述基板的周邊位置的所述導管中的所述彈性部件的彈性係數。
[0018]在一個實施例中，所述乾電極還包括:處理電路，位於所述基板的另一側，其中所述處理電路至少包括按順序連接的濾波器、阻抗變換器和比例放大器。
[0019]在一個實施例中，所述濾波器的輸入端使用導線依次穿過頂層絕緣層、金屬屏蔽層和底層絕緣層連接到所述基板。
[0020]在一個實施例中，所述阻抗變換器的輸出端使用導線透過頂層絕緣層連接到金屬屏蔽層。
[0021]本發明還提供了一種乾電極的製造方法，包括:將電極柱安裝到導管內；將彈性部件安裝到所述導管內，並且使所述電極柱在所述彈性部件的作用下在所述導管內運動；以及將所述導管固定在基板的一側，其中所述彈性部件的彈性係數與所述導管在所述基板上的位置相關聯。
[0022]在一個實施例中，將所述導管固定在基板的一側包括:將所述導管插入所述基板的孔內；以及將所述導管通過螺紋連接或者焊接的方式在所述孔內固定。
[0023]在一個實施例中，將所述導管固定在基板的一側包括:將所述導管穿過壓緊板上的通孔；以及將所述壓緊板與所述基板平行固定使得所述導管的一端固定在所述壓緊板與所述基板之間。
[0024]在一個實施例中，在所述基板的中心位置的所述導管中的彈性部件的彈性係數小於在所述基板的周邊位置的所述導管中的所述彈性部件的彈性係數。
[0025]通過下文詳細描述將會理解，根據本發明的實施例，在乾電極與頭皮進行接觸的過程中，電極柱可以在彈性部件的作用下根據頭部上各個點的曲率相應地伸出或縮回，並且電極柱的彈力可以根據其位置和彈性部件的彈性係數的相關關係而做到相對較均勻，從而保證該乾電極與頭皮形成良好接觸，並且避免位於基板的周邊位置的電極柱由於彈力較小而接觸不好的缺陷。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]通過參考附圖閱讀下文的詳細描述，本發明的實施例的上述以及其它目的、特徵和優點將變得易於理解。在附圖中，以示例性而非限制性的方式示出了本發明的若干實施例，其中:
[0027]圖1是圖示根據相關技術的一種乾電極的主視圖和俯視圖；
[0028]圖2是圖不根據相關技術的另一種乾電極的主視圖和俯視圖；
[0029]圖3是圖示根據本發明的實施例的乾電極的剖面圖；
[0030]圖4是圖示根據本發明的實施例的乾電極柱的一種布置方式的剖面圖；
[0031]圖5是圖示根據本發明的實施例的乾電極柱的另一種布置方式的剖面圖；
[0032]圖6是圖示根據本發明的實施例的導管2和電極柱4之間的結構關係的剖面圖；
[0033]圖7是圖示根據本發明的實施例的處理電路的剖面圖；
[0034]圖8是圖示根據本發明的實施例的基板I和壓緊板之間的結構關係的剖面圖；以及
[0035]圖9是圖示根據本發明的實施例的乾電極的製造方法的流程圖。
[0036]在各個附圖中，相同或對應的標號表不相同或對應的部分。

【具體實施方式】
[0037]下面將參考附圖中示出的若干示例性實施例來描述本發明的原理和精神。應當理解，給出這些實施例僅僅是為了使本領域技術人員能夠更好地理解進而實現本發明，而並非以任何方式限制本發明的範圍。
[0038]圖3是圖示根據本發明的實施例的乾電極的剖面圖。其中，基板I通常作為上述乾電極座的一部分，並且在一側固定有導管2 ;在該導管2內安裝有彈性部件3，該彈性部件3可以是彈簧、彈片等各種本領域技術人員熟知的能夠通過發生形變而產生彈力的部件，其中該彈性部件3的彈性係數與導管2在基板I上的位置相關聯；在該導管2內還安裝有電極柱4，該電極柱4可以在該彈性部件3的作用下在該導管2內運動，並用於與頭皮形成良好接觸。因此，在圖3所圖示的乾電極與頭皮進行接觸的過程中，該電極柱4可以在該彈性部件3的作用下根據頭部上各個點的曲率相應地伸出或縮回，並且電極柱4的彈力可以根據其位置和彈性部件3的彈性係數的相關關係而做到相對較均勻，從而保證該乾電極與頭皮形成良好接觸，並且避免位於基板的周邊位置的電極柱4由於彈力較小而接觸不好的缺陷。
[0039]因此，採用本發明的實施例的乾電極，既可以適應頭部不同部位的形狀，又可以適應不同人的不同頭形，從而使電極柱與頭皮形成良好接觸，防止浮空的電極柱在腦電測量時引入工頻幹擾。同時，使電極柱穿過頭髮與頭皮接觸，可以增加電極柱的數目，從而充分利用電極中間區域的面積，以達到增大與頭皮接觸面積、減小接觸阻抗和降低熱噪聲的作用，從而有利於腦電信號的採集。
[0040]需要說明的是，雖然圖3僅僅示例性的描述了基板I上的一組由導管2、彈性部件3和電極柱4所組成的組件，並且該組件優選地位於該基板I的中部位置，然而，本領域技術人員還可以在該中部位置採用多組該組件(如圖4所示)，以便同時都與頭皮形成良好接觸並且增大與頭皮的接觸面積。進而，本領域技術人員還可以在該基板I的中部位置和周邊位置都採用該組件(如圖5所示)，以便進一步增大與頭皮的接觸面積。因此，對於採用了本發明的實施例描述的上述組件的乾電極，無論該組件的數量多少以及布置方式如何，都應當納入本發明的保護範圍。
[0041]此外，本領域技術人員應當理解，雖然本發明的實施例僅僅示出了對現有技術做出最明顯改進的乾電極，但是本發明的實施例還可能包含現有技術中進行腦電測量所必需的其他器件，例如直流/交流電源、整流器、放大器、濾波器等。本領域技術人員可以將這些器件按需連接到根據本發明的實施例的乾電極，以用於實現腦電測量，而這些連接方式都應當納入本發明的保護範圍。
[0042]參照圖5，根據本發明的一個實施例，彈性部件3的彈性係數與導管2在基板I上的位置的關聯關係可以是:在基板I的中心位置的導管中的彈性部件3的彈性係數小於在基板I的周邊位置的導管中的彈性部件3的彈性係數，即彈性部件A、B、C和D的彈性係數依次增加。因為人體頭部類似於球狀，所以當多個彈性電極柱與人體頭部接觸時，位於中心位置的電極柱(諸如A)壓縮量較大，而位於周邊位置的電極柱(諸如D)壓縮量較小。這樣會造成人體頭部上的每個接觸點的彈力不均勻，降低舒適度，同時可能由於導致周邊位置的電極柱接觸不好而導致工頻幹擾增大。為此，採用本實施例，將彈性部件3的彈性係數設置成從中心位置向周邊位置逐漸增加，可以在一定程度上抵消上述壓縮量不同所引起的彈力不均勻，從而保證無論位於中心位置的電極柱(諸如A)還是位於周邊位置的電極柱(諸如D)都達到近似的接觸效果，降低工頻幹擾。其中，上述彈性係數可以在從30牛/米到200牛/米的範圍之內進行選擇。
[0043]此外，上述將彈性部件3的彈性係數設置成從中心位置向周邊位置逐漸增加僅僅是示例性而非限制性的。當本領域技術人員面對非球狀的各種頭型或該頭型的一部分時，可以根據實際情況設置各個彈性部件3的彈性係數，以便抵消上述壓縮量不同所引起的彈力不均勻。因此，本領域技術人員可以理解，無論在彈性部件3的彈性係數與導管2在基板I上的位置之間採用何種關聯關係，其均應當納入本發明的保護範圍。
[0044]圖6是圖示根據本發明的實施例的導管2和電極柱4之間的結構關係的剖面圖，其中電極柱4的第一端41的直徑可以小於導管2的第一端21的口徑,導管2的第一端21的口徑可以小於電極柱4的第二端42的直徑，電極柱4的第二端42的直徑可以小於導管2的第二端22的口徑。通過採用這樣的結構，能夠實現電極柱4良好地安裝在導管2內。這樣，無論電極柱4伸出或縮回，都可以保證電極柱4在該導管2內穩定運動。
[0045]在根據圖6所示的實施例中，導管2的第一端21還可以具有環狀縮口，電極柱4的第二端42還可以具有環狀凸臺，並且該環狀縮口的口徑可以小於該環狀凸臺的直徑。通過採用這樣的結構，能夠實現電極柱4良好地卡接在導管2內而不會從導管2中脫離。
[0046]圖7是圖示根據本發明的實施例的處理電路的剖面圖，其中，處理電路5可以位於基板I的另一側，並且可以至少包括按順序連接的濾波器51、阻抗變換器52和比例放大器
53。在本實施例中，將基板I和處理電路5作為一個整體形成於乾電極內，相比較於現有技術中將處理電路外置於乾電極，可以縮短導線長度，從而降低噪聲，並且還可以起到濾除特定頻率段的噪聲和阻抗變換，防止有用信號失真的作用。
[0047]需要說明的是，本發明的實施例中的濾波器51可以按需選擇高通濾波器、低通濾波器或者帶通濾波器。
[0048]在根據圖7所示的實施例中，該濾波器51的輸入端可以使用導線6依次穿過頂層絕緣層7、金屬屏蔽層8和底層絕緣層9連接到該基板1，從而可以高效的濾除特定頻率段的噪聲。其中導線6與金屬屏蔽層8相互絕緣。
[0049]在根據圖7所示的實施例中，該阻抗變換器52的輸出端可以使用導線10透過頂層絕緣層7連接到金屬屏蔽層8。採用這種連接方式，可以保證阻抗變換器52的輸入端和輸出端的電壓相同，即形成一個等勢體，從而避免電流流過阻抗變換器52，更好地起到阻抗變換的作用。
[0050]此外，根據上述圖3至圖6所示的本發明的實施例，還進行了如下幾點改進:
[0051](I)電極柱4的第一端41可以是半球形，以便電極柱4與頭皮形成良好接觸。
[0052](2)導管2可以通過螺紋連接或者焊接的方式固定在基板I上的孔內，以提高導管2和基板I之間的連接的可靠性。
[0053](3)如圖8所示，增加壓緊板，該壓緊板與基板I平行固定並且具有通孔，導管2穿過該通孔並且該導管2的一端固定在壓緊板與基板I之間，從而一次性均勻地固定多個導管2，提高導管2和基板I之間的連接的平穩性和可靠性。
[0054](4)基板I和導管2可以採用鈦、不鏽鋼、銅等材料，電極柱4可以採用鈦、不鏽鋼、金、銀等材料，以提聞導電性能。
[0055]圖9是圖示根據本發明的實施例的乾電極的製造方法的流程圖，其中包括如下的步驟S902至步驟S906。
[0056]步驟S902，將電極柱4安裝到導管2內。
[0057]步驟S904，將彈性部件3安裝到導管2內，並且使電極柱4在彈性部件3的作用下在導管2內運動。
[0058]步驟S906，將導管2固定在基板I的一側，其中彈性部件3的彈性係數與導管2在基板I上的位置相關聯。
[0059]具體地，在步驟S906中，可以將導管2插入基板I的孔內以及將導管2通過螺紋連接或者焊接的方式在該孔內固定；或者，可以將導管2穿過壓緊板上的通孔以及將壓緊板與基板I平行固定使得所述導管2的一端固定在壓緊板與基板I之間。
[0060]因此，對於採用圖9所示方法製造的乾電極，在乾電極與頭皮進行接觸的過程中，該電極柱4可以在該彈性部件3的作用下根據頭部上各個點的曲率相應地伸出或縮回，從而保證該乾電極與頭皮形成良好接觸。
[0061]雖然已經參考若干具體實施例描述了本發明，但是應該理解，本發明並不限於所公開的具體實施例。本發明旨在涵蓋所附權利要求的精神和範圍內所包括的各種修改和等同布置。所附權利要求的範圍符合最寬泛的解釋，從而包含所有這樣的修改及等同結構和功能。
【權利要求】
1.一種乾電極,包括: 導管(2)，固定在基板⑴的一側； 彈性部件(3)，位於所述導管(2)內，其中所述彈性部件(3)的彈性係數與所述導管(2)在所述基板(I)上的位置相關聯；以及 電極柱(4)，位於所述導管(2)內，並且在所述彈性部件(3)的作用下在所述導管(2)內運動。
2.根據權利要求1所述的乾電極，其中所述電極柱(4)的第一端(41)的直徑小於所述導管⑵的第一端(21)的口徑，所述導管(2)的第一端(21)的口徑小於所述電極柱(4)的第二端(42)的直徑，並且所述電極柱(4)的第二端(42)的直徑小於所述導管(2)的第二端(22)的口徑。
3.根據權利要求2所述的乾電極，其中所述導管⑵的第一端21具有環狀縮口，所述電極柱(4)的第二端42具有環狀凸臺，並且所述環狀縮口的口徑小於所述環狀凸臺的直徑。
4.根據權利要求2所述的乾電極，其中所述電極柱(4)的第一端(41)是半球形。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的乾電極，其中所述導管(2)插入所述基板(I)的孔內。
6.根據權利要求5所述的乾電極，其中所述導管(2)通過螺紋連接或者焊接的方式在所述孔內固定。
7.根據權利要求1-4中任一項所述的乾電極，還包括: 壓緊板，與所述基板(I)平行固定並且具有通孔，所述導管(2)穿過所述通孔並且所述導管(2)的一端固定在所述壓緊板與所述基板(I)之間。
8.根據權利要求1-4中任一項所述的乾電極，其中在所述基板(I)的中心位置的所述導管(2)中的彈性部件(3)的彈性係數小於在所述基板(I)的周邊位置的所述導管(2)中的所述彈性部件(3)的彈性係數。
9.根據權利要求1-4中任一項所述的乾電極，還包括:處理電路(5)，位於所述基板(I)的另一側，其中所述處理電路(5)至少包括按順序連接的濾波器(51)、阻抗變換器(52)和比例放大器(53)。
10.根據權利要求9所述的乾電極，其中所述濾波器(51)的輸入端使用導線(6)依次穿過頂層絕緣層(7)、金屬屏蔽層(8)和底層絕緣層(9)連接到所述基板(I)。
11.根據權利要求9所述的乾電極，其中所述阻抗變換器(52)的輸出端使用導線(10)透過頂層絕緣層(7)連接到金屬屏蔽層(8)。
12.—種乾電極的製造方法，包括: 將電極柱⑷安裝到導管(2)內； 將彈性部件(3)安裝到所述導管(2)內，並且使所述電極柱(4)在所述彈性部件(3)的作用下在所述導管(2)內運動；以及 將所述導管(2)固定在基板(I)的一側，其中所述彈性部件(3)的彈性係數與所述導管(2)在所述基板(I)上的位置相關聯。
13.根據權利要求12所述的方法，將所述導管(2)固定在基板(I)的一側包括: 將所述導管(2)插入所述基板(I)的孔內；以及 將所述導管(2)通過螺紋連接或者焊接的方式在所述孔內固定。
14.根據權利要求12所述的方法，將所述導管(2)固定在基板(I)的一側包括: 將所述導管(2)穿過壓緊板上的通孔；以及 將所述壓緊板與所述基板(I)平行固定使得所述導管(2)的一端固定在所述壓緊板與所述基板⑴之間。
15.根據權利要求12-14中任一項所述的方法，其中在所述基板(I)的中心位置的所述導管(2)中的彈性部件(3)的彈性係數小於在所述基板(I)的周邊位置的所述導管(2)中的所述彈性部件(3)的彈性係數。
【文檔編號】A61B5/0478GK104414635SQ201310406255
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年9月4日 優先權日:2013年9月4日
【發明者】董記平, 馬清寶, 夏鵬 申請人:上海帝儀科技有限公司