專利名稱：基于電容耦合原理腦電干電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的基于電容耦合原理腦電干電極，具體是一種利用電容原理制作的電容性電極加上設(shè)計(jì)巧妙的機(jī)械結(jié)構(gòu)構(gòu)成的腦電極。
背景技術(shù)：
目前關(guān)于腦電極主要有三種濕電極、干電極、電容電極。傳統(tǒng)的腦電極技術(shù)，亦即濕電極，在采集腦電信號(hào)的時(shí)候需要提供很低的接觸阻抗，在這種要求下需要用導(dǎo)電膏來實(shí)現(xiàn)。這樣的在采集腦電信號(hào)之前的準(zhǔn)備工作會(huì)花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間，采集通道越多，花費(fèi)的時(shí)間越長(zhǎng)。而且，導(dǎo)電膏會(huì)在一定的時(shí)間內(nèi)干掉，對(duì)于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)人體的系統(tǒng)來說是個(gè)瓶頸。同時(shí)，對(duì)于采集腦電信號(hào)時(shí)頭發(fā)的障礙也是亟需解決的問題。干電極和電容電極技術(shù)的應(yīng)用避免了導(dǎo)電膏的使用，解決了用濕電極來做長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)時(shí)所遇到困境。從干電極的技術(shù)原理上看，干電極是接觸式的腦電極，通過一片金屬導(dǎo)體與皮膚接觸加上后續(xù)電路進(jìn)行腦電的采集。因此，干電極在應(yīng)用時(shí)存在一個(gè)潛在的危險(xiǎn)金屬對(duì)人體的傷害，比如在運(yùn)動(dòng)時(shí)、受到撞擊時(shí)等情況下。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，C. Fonseca, J. P. Cunha等人在《IEEE Trans. On Biomed. Eng》54 (2007) 4434-4438 MjC "A Novel Dry Active Electrode for EEG Recording”(“一種應(yīng)用于腦電信號(hào)采集的新型腦電極”《生物醫(yī)學(xué)工程傳感器》)，該文提出采用以不銹鋼為基底，在不銹鋼上形成一層0. 2 μ m作為電容電介質(zhì)層。該制作工藝復(fù)雜，工序繁多，制作成本高。由于電容電極的阻抗非常高，噪聲與運(yùn)放的輸入阻抗的平方根的倒數(shù)成正比關(guān)系，因而為減小噪聲干擾，需要非常高的輸入阻抗(達(dá)到T Ω級(jí))，從該文的電路上來看，該問題并未解決很好。電容電極是一種非接觸式腦電極，通過電容耦合的原理，不需要電極與皮膚直接接觸。這樣解決上面所述的問題，不需要導(dǎo)電膏的輔助，沒有頭發(fā)的干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提出一種制作簡(jiǎn)單，減小噪聲干擾等問題的基于電容耦合原理腦電干電極，以解決運(yùn)用電容性電極一直以來在采集腦電的時(shí)候遇到頭發(fā)的問題。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明包括電容電極，印刷電路板PCB，屏蔽罩。 其中電容電極設(shè)置在雙層印刷電路板PCB上，雙層印刷電路板PCB底層與電容電極金屬基底連接，頂層為阻抗轉(zhuǎn)換電路和偏置電路，電容電極底面嵌入一塊金屬薄片用于將電極與印刷電路板PCB連接起來，屏蔽罩安裝于電容電極上，印刷電路板PCB位于屏蔽罩內(nèi)。所述的電容電極底面的金屬薄片，該薄片開孔，用于將電極和印刷電路板PCB通過導(dǎo)線連接起來。所述的電容電極包括電介質(zhì)以及位于電介質(zhì)底面的金屬基底。
所述的電容電極電介質(zhì)通過模具成型技術(shù)制作，將金屬基底黏著在電介質(zhì)底面。 電極的觸角長(zhǎng)度可根據(jù)頭發(fā)的厚度調(diào)整。所述的屏蔽罩根據(jù)電容電極的形狀機(jī)械加工成型。本發(fā)明所采用的材料分別為電容電極的電介質(zhì)采用PDMS，屏蔽罩采用金屬材料。本發(fā)明采用機(jī)械加工工藝制作電容電極，電容電極的優(yōu)勢(shì)在于可以與皮膚不發(fā)生接觸的情況采集信號(hào)，這種優(yōu)勢(shì)對(duì)于在采集腦電信號(hào)的時(shí)候顯得尤為重要。根據(jù)研究表明， 腦電信號(hào)的主要區(qū)域在頭頂偏后的位置，不過該位置由于頭發(fā)的困擾，一直以來，采用干電極技術(shù)采集腦電信號(hào)都是將電極放置于額頭靠近發(fā)跡線處以避免頭發(fā)的干擾。本發(fā)明能克服頭發(fā)的障礙，將電極放置于腦電信號(hào)豐富的位置，采集的腦電信號(hào)更為精確。而且，與現(xiàn)有的干電極技術(shù)相比性能突出，結(jié)構(gòu)巧妙。


圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的電容電極整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明一實(shí)施例的電容電極剖面示意圖； 圖4是本發(fā)明一實(shí)施例的電容電極俯視圖； 圖中電介質(zhì)1，金屬基底2，PCB 3，屏蔽罩4，金屬薄片5，孔6。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。如圖1所示，本實(shí)施例包括電容電極，印刷電路板PCB3，屏蔽罩4。其中電容電極設(shè)置在雙層印刷電路板PCB3上，PCB3底層與電容電極金屬基底連接，頂層為阻抗轉(zhuǎn)換電路和偏置電路，電容電極底面嵌入一塊金屬薄片5，屏蔽罩4安裝于電容電極上，印刷電路板PCB3位于屏蔽罩4內(nèi)。本實(shí)施例中，屏蔽罩4為金屬屏蔽罩4，金屬屏蔽罩采用鋁材加工成方形盒狀。長(zhǎng)度為^mm,寬度為3mm，厚度為0. 5mm。在屏蔽罩4外延開兩個(gè)孔用于固定在電容電極上。如圖2所示，該圖為電容電極整體結(jié)構(gòu)示意圖，其中采用PDMS成型出觸角陣列形狀的電容電極(電介質(zhì)1，金屬基底2)，并在電容電極底面嵌入一塊金屬薄片5。電容電極底部直徑為30mm，觸角陣列為虹4，觸角直徑為1mm，長(zhǎng)度為10mm。。如圖3所示，該圖為電容電極剖面示意圖，電容電極包括電容電極金屬基底2底部嵌入一塊金屬薄片5，并開孔6。金屬薄片5直徑為15mm，厚度為1mm。在電容電極底部開孔，孔徑2mm，用于將電極和PCB3通過導(dǎo)線連接起來。本實(shí)施例中電容電極制造工藝將金屬薄片放置60°C烘箱lh，將PDMS和固化劑按比例混合，攪拌，放置真空箱內(nèi)將氣體抽干。澆鑄PDMS與模具上形成所需電容電極。本實(shí)施例中，電容電極的觸角(即電介質(zhì)1)長(zhǎng)度不受限制，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。電容電極陣列的數(shù)量不受限制，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。金屬薄片形狀大小不
4受限制，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。屏蔽罩根據(jù)電容電極的形狀機(jī)械加工成型。本實(shí)施例中，所述PCB3頂層的阻抗轉(zhuǎn)換電路和偏置電路為現(xiàn)有常用電路，阻抗轉(zhuǎn)換電路包括運(yùn)放和一些無源器件，焊接于PCB頂層表面。在PCB底層表面的焊盤與電容電極的金屬基底焊接起來。本實(shí)施例的工作原理為電容電極工作時(shí)時(shí)用的是位移電流，而不是真正的電荷電流。因此，電容電極可以不需要接觸到信號(hào)源，亦即人體，實(shí)現(xiàn)了真正無創(chuàng)電極。為了消除在采集腦電信號(hào)時(shí)頭發(fā)的干擾，利用電極觸角來插入頭發(fā)中。相比于皮膚準(zhǔn)備法的濕電極而言，此電極無需導(dǎo)電膏等來輔助腦電信號(hào)采集，大大降低采集的復(fù)雜程度，利于腦電信號(hào)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)采集。本實(shí)施例中當(dāng)本裝置應(yīng)用于腦電信號(hào)采集時(shí)，將電容電極固定于帽子內(nèi)，帽子戴在頭上后，利用電容電極觸角穿過頭發(fā)，適當(dāng)調(diào)整位置，使得采集的信號(hào)質(zhì)量更高。通過這樣的裝置，不但可以長(zhǎng)期對(duì)腦電信號(hào)的采集，而且也避免的了頭發(fā)的干擾以及外部的噪聲。如表1所示，本實(shí)施例的實(shí)際應(yīng)用要求所用尺寸如表所示。
權(quán)利要求
1.一種基于電容耦合原理腦電干電極，其特征在于包括電容電極，印刷電路板PCB和屏蔽罩，其中電容電極設(shè)置在雙層印刷電路板PCB上，雙層印刷電路板PCB底層與電容電極金屬基底連接，頂層為阻抗轉(zhuǎn)換電路和偏置電路，電容電極底面嵌入一塊金屬薄片用于將電極與印刷電路板PCB連接起來，屏蔽罩安裝于電容電極上，印刷電路板PCB位于屏蔽罩內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電容耦合原理腦電干電極，其特征在于所述的電容電極底面的金屬薄片上設(shè)有孔，用于將電極和印刷電路板PCB通過導(dǎo)線連接起來。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于電容耦合原理腦電干電極，其特征在于所述的電容電極包括電介質(zhì)以及位于電介質(zhì)底面的金屬基底。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于電容耦合原理腦電干電極，其特征在于所述的電容電極電介質(zhì)通過模具成型技術(shù)制作，將金屬基底黏著在電介質(zhì)底面，電極的電介質(zhì)長(zhǎng)度根據(jù)頭發(fā)的厚度調(diào)整。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于電容耦合原理腦電干電極，其特征在于所述的電容電極的形狀為觸角陣列形狀，所述觸角即電介質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求或1或2所述的基于電容耦合原理腦電干電極，其特征在于所述的電容電極的電介質(zhì)采用PDMS。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電容耦合原理腦電干電極，其特征在于所述的屏蔽罩根據(jù)電容電極的形狀機(jī)械加工成型。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的基于電容耦合原理腦電干電極，其特征在于所述的屏蔽罩采用金屬材料。
全文摘要
一種生物醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的基于電容耦合原理腦電干電極，應(yīng)用于人體電勢(shì)的測(cè)量，包括金屬屏蔽罩，PCB，電容電極，其中電容電極中含有一塊金屬薄片用于將電極與PCB連接起來。電容電極整體結(jié)構(gòu)固定在帽子內(nèi)，電容電極觸角插入頭發(fā)，避免頭發(fā)在測(cè)量時(shí)對(duì)信號(hào)的干擾，固定于帽子內(nèi)的電容電極可適當(dāng)調(diào)整以獲取更高質(zhì)量的信號(hào)。本發(fā)明用于腦電信號(hào)采集的腦電極結(jié)構(gòu)利用現(xiàn)有的加工工藝和機(jī)械結(jié)構(gòu)，能夠很好的采集腦電信號(hào)，與傳統(tǒng)的濕電極相比，不需要皮膚準(zhǔn)備步驟，可以用于長(zhǎng)期腦電信號(hào)的檢測(cè)，不受測(cè)量主體運(yùn)動(dòng)的影響，其結(jié)構(gòu)小巧，使用方便快速，減少外部噪聲，可以完成微伏級(jí)腦電信號(hào)的高質(zhì)量記錄。
文檔編號(hào)A61B5/0478GK102319068SQ201110215378
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月29日
發(fā)明者劉景全, 楊斌, 楊春生, 王龍飛 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)