一种基于独立分圈缓冲结构的低阻抗脑电传感电极装置的制作方法

本发明涉及脑电传感电极领域，尤其是一种基于独立分圈缓冲结构的低阻抗脑电传感电极装置。

背景技术：

脑机接口可广泛用于运动紊乱、老年痴呆、癫痫、中风等疾病的诊断、辅助治疗或康复，改善患有运动功能障碍疾病患者的生活质量。比如，患有运动功能障碍病人可以通过其脑电波控制轮椅的运动，从而辅助自己行走。随着世界人口基数的不断增长以及老龄化人口的不断增长，患帕金斯病、老龄痴呆、癫痫等疾病的人数也将会不断增加。出于对这些疾病的治疗需求，也将驱动脑机接口技术的不断加速发展。

在脑机接口技术中，脑电信号作为脑机接口应用的原始输入信号，是实现其应用的基础与根本。脑电的采集质量以及相关的采集环境限制，严重制约着各种脑机接口技术应用的可靠性和实用性。如何在保证脑电信号质量的同时，尽可能地减少采集环境的限制，从而扩大脑机接口技术应用的使用范围。头皮脑电传感电极作为转换元件，可将人体内以离子形式传导的脑电信号转换成电子系统中以电子形式传导的脑电信号，从而实现脑电信号的采集。在脑电信号采集中电极扮演着关键角色，其性能指标对整个脑机接口系统有着制约性的影响。现有常规湿式银/氯化银脑电传感电极主要存在以下两方面的问题：1)连续使用时间短。受到头皮、头皮油性分泌物以及电极与头皮接触状态等众多因素的影响，头皮与电极之间往往具有较大阻抗，使得检测到的信号噪声较大，波形失真严重。因此使用前需要在电极上注入导电膏，降低电极阻抗。但由于其所采用的导电液或导电膏会受人体体温及环境温度的影响而不断蒸发变干，使得电极阻抗随之增大，脑电信号质量将下降，更为严重时将引起电极与头皮之间脑电信号传导通路完全或将离断。2)准备过程复杂。一般脑机接口技术应用中，需要用到多通道的脑电电极，这就需要较多的时间和精力对每个采集位置涂抹导电膏。为此，研究一种新型脑电传感电极装置显得尤其重要。针对常规脑电传感电极所存在的问题，众多该领域研究机构科研人员从不同技术途径都展开了深入研究。有科研人员提出了与皮肤纯干性接触的干电极，解决了连续使用时间短或准备过程复杂问题，但电极阻抗过高。还有科研人员提出了基于导电液的湿性电极，解决连续使用时间短或准备过程复杂问题，但其运动伪迹过高。因此需要一种低伪迹、低阻抗特性的可长时间连续使用的新型脑电传感电极装置，以提升脑电采集的信号质量。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于独立分圈缓冲结构的低阻抗脑电传感电极装置，解决脑电测量装置连续使用时间短、电极阻抗高的问题。

具体的，本发明提供了一种基于独立分圈缓冲结构的低阻抗脑电传感电极装置，包括电极顶盖(10)、第一缓冲弹簧(30)、第二缓冲弹簧(40)、第一储液池单元、第二储液池单元和电极触点圆柱(90)；

第一缓冲弹簧(30)的上端固定于电极顶盖(10)的下表面，下端固定于第一储液池单元上；

第二缓冲弹簧(40)的上端固定于电极顶盖(10)的下表面，下端固定于第二储液池单元上；

第一缓冲弹簧(30)和第二缓冲弹簧(40)同轴安装，且第二缓冲弹簧(40)的直径大于第一缓冲弹簧(30)的直径；

第一储液池单元和第二储液池单元下方均布有多个电极触点圆柱(90)，且与电极触点圆柱(90)内部连通。

进一步地，所述第一储液池单元包括内圆环盖(50)和内圆环(80)；

所述第一缓冲弹簧(30)的下端固定于内圆环盖(50)的上表面；所述内圆环(80)固定于所述内圆环盖(50)的下表面；

所述内圆环盖(50)和内圆环(80)之间为第一储液池(81)。

进一步地，所述内圆环(80)为圆槽状，底部均布开有多个直径相等的圆通孔，电极触点圆柱(90)安装于圆通孔内。

进一步地，所述内圆环盖(50)为圆形状，上表面带有圆形凸台，圆形凸台上开有用于安装第一缓冲弹簧(30)的第三弹簧安放槽(51)和第一圆孔(52)；

第三弹簧安放槽(51)为圆环状；第一圆孔(52)位于内圆环盖(50)正中央。

进一步地，所述第二储液池单元包括外圆环盖(60)和外圆环(70)；

所述第二缓冲弹簧(40)的下端固定于外圆环盖(60)的上表面；所述外圆环(70)固定于所述外圆环盖(60)的下表面；

所述外圆环盖(60)和外圆环(70)之间为第二储液池(71)。

进一步地，所述外圆环(70)为圆环状凹槽，底部均布开有多个直径相等的圆通孔，电极触点圆柱(90)安装于圆通孔内。

进一步地，所述外圆环盖(60)为圆环状，上表面带有圆形凸台，圆形凸台上开有安装第二缓冲弹簧(40)的第四弹簧安放槽(62)和第二圆孔(61)；

第四弹簧安放槽(62)为圆环状；第二圆孔(61)位于外圆环盖(60)边上。

进一步地，所述电极顶盖(10)为圆盘状，下表面有圆形凸台，圆形凸台上开有安放第一缓冲弹簧(30)的第一弹簧安放槽(11)、用于安放缓冲弹簧二(40)的第二弹簧安放槽(12)、第一导电液体导管口(13)和第二导电液体导管口(14)；

第一导电液体导管口(13)位于电极顶盖(10)的正中央；第二导电液体导管口(14)与第二圆孔(61)中心轴重合，且直径相等。

进一步地，所述第一缓冲弹簧(30)上端粘接固定安装于第一弹簧安放槽(11)，下端粘接固定安放于第三弹簧安放槽(51)；

所述第二缓冲弹簧(40)上端粘接固定安装于第二弹簧安放槽(12)，下端粘接固定安放于第四弹簧安放槽(62)。

进一步地，还包括电极外套管(20)和导线；

电极外套管(20)为圆筒状，上方开口处与电极顶盖(10)固定连接；所述第一缓冲弹簧(30)和第二缓冲弹簧(40)位于电极外套管(20)内部；外圆环盖(60)和内圆环盖(50)位于电极外套管(20)内部靠下位置；

导线一端固定于内圆环盖(50)和外圆环盖(60)上，另一端连接至外部采集电路系统。

本发明提供了一种基于独立分圈缓冲结构的低阻抗脑电传感电极装置，通过独立分圈缓冲结构有效解决因头部颠簸、振动所引起的电极与头皮接触不稳和运动伪迹；通过导电液体自动补给加注结构，保证电极触点圆柱作为电极的低阻抗特性和长时间连续使用，为脑机接口技术及其应用提供可靠的脑电传感电极装置。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1是本发明的脑电传感电极装置的主视图；

图2是本发明的脑电传感电极装置的仰视图。

图中：10-电极顶盖、20-电极外套管、30-第一缓冲弹簧、40-第二缓冲弹簧、50-内圆环盖、60-外圆环盖、70-外圆环、80-内圆环、90-电极触点圆柱、11-第一弹簧安放槽、12-第二弹簧安放槽、13-第一导电液体导管口、14-第二导电液体导管口、51-弹簧安放槽、52-第一圆孔、62-第四弹簧安放槽、61-第二圆孔、71-第二储液池、81-第一储液池。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供了本发明提供了一种基于独立分圈缓冲结构的低阻抗脑电传感电极装置，包括：电极顶盖10、电极外套管20、第一缓冲弹簧30、第二缓冲弹簧40、内圆环盖50、外圆环盖60、外圆环70、内圆环80和电极触点圆柱90。

如图1所示，电极外套管20为圆筒状，上方开口处安装有电极顶盖10；第一缓冲弹簧30和第二缓冲弹簧40位于电极外套管20内部，上端固定于电极顶盖10下方，且为同轴；第一缓冲弹簧30下端与内圆环盖50固定连接；第二缓冲弹簧40下端与外圆环盖60固定连接；外圆环盖60中心处开孔，内圆环盖50位于外圆环盖60的中心开孔处，且二者位于电极外套管20内部靠下位置；外圆环70安装于外圆环盖60的下表面，内圆环80安装于内圆环盖50的下表面，外圆环70与内圆环80下表面均布安装电极触点圆柱90。

电极顶盖10为圆盘状，下表面有圆形凸台，圆形凸台上开有第一弹簧安放槽11、第二弹簧安放槽12、第一导电液体导管口13和第二导电液体导管口14，第一弹簧安放槽11和第二弹簧安放槽12为圆环状且二者圆心相同，第二弹簧安放槽12的直径大于第一弹簧安放槽11的直径，第一弹簧安放槽11用于安放第一缓冲弹簧30并限制第一缓冲弹簧30横向移动，第二弹簧安放槽12用于安放缓冲弹簧二40并限制缓冲弹簧二40横向移动。第一导电液体导管口13和第二导电液体导管口14用于安装外部导电液体补给装置流管，用于补充导电液体，第一导电液体导管口13位于电极顶盖10的正中央，第二导电液体导管口14在第二弹簧安放槽12的外部。

内圆环盖50为圆形状，上表面带有圆形凸台，圆形凸台上包括第三弹簧安放槽51和第一圆孔52，第三弹簧安放槽51为圆环状，其直径与第一弹簧安放槽11的直径相等且中心轴重合，用于安放缓冲弹簧一30并限制缓冲弹簧一30横向移动；第一圆孔52位于内圆环盖50正中央，与位于电极顶盖10正中央的第一导电液体导管口13中心轴重合，且直径相等，用于通导电液体软管，引入导电液体进入储液池。

外圆环盖60为圆环状，上表面带有圆形凸台，圆形凸台上包括第四弹簧安放槽62和第二圆孔61，第四弹簧安放槽62为圆环状，其直径与电极顶盖10中第二弹簧安放槽12的直径相等，且中心轴重合，用于安放第二缓冲弹簧40并限制第二缓冲弹簧40横向移动；第二圆孔61位于外圆环盖60边上，与位于电极顶盖10外圆周的第二导电液体导管口14中心轴重合，且直径相等，用于通导电液体软管，引入导电液体进入储液池。

内圆环盖50和外圆环盖60上均焊接有导线，导线由电极顶盖10正中央的第一导电液体导管口13导出，连接至外部采集电路系统。

第一缓冲弹簧30和第二缓冲弹簧40位于电极装置内部，第一缓冲弹簧30直径小于第二缓冲弹簧40的直径，且二者高度相等，中心轴线重合，用于给电极提供纵向缓冲。第一缓冲弹簧30上端通过环氧树脂胶等粘接固定安装于第一弹簧安放槽11，第二缓冲弹簧40上端通过环氧树脂胶等粘接固定安装于第二弹簧安放槽12。第一缓冲弹簧30下端通过环氧树脂胶等粘接固定安放于第三弹簧安放槽51，缓冲弹簧二40下端通过环氧树脂胶等粘接固定安放于第四弹簧安放槽62。第一缓冲弹簧30和第二缓冲弹簧40可独立为电极装置提供轴向运动缓冲，构成独立分圈缓冲结构，降低电极装置传感脑电信号的运动伪迹。

内圆环80为圆槽状，圆槽内部即为第一储液池81，内圆环80底部均布开有四个直径相等的圆通孔，圆通孔直径与内圆环80底部圆通孔直径相等，用于安放电极触点圆柱90。电极触点圆柱90顶部与储液池81连通。外圆环与内圆环的高度相等。

外圆环70为圆环状凹槽，圆环状凹槽为第二储液池71，外圆环盖60下表面有安装外圆环70的安装槽，外圆环70安装于外圆环盖60的安装槽内，外圆环70底部均布开有十个直径相等的圆通孔，用于安装电极触点圆柱90。电极触点圆柱90顶部与第二储液池71连通。

电极触点圆柱90为中空圆管内烧结金属多孔介质而成的圆柱，其直径与内圆环80底部圆通孔直径相等。电极触点圆柱90上端为开放端，分别与第二储液池71和第一储液池81相连通，下端面有微孔，中空圆管内烧结金属多孔介质后存在一定空隙，形成毛细微流通道，以达到导电液缓慢释放的目的，导电液流至头皮，有助于实现信号采集。第二储液池71和第一储液池81共同为电极触点圆柱90提供导电液体自动补给，导电液体的补充可长时间维持电极的低阻抗条件，保证脑电信号的长时间稳定采集。

在外圆环70和内圆环80底部各圆孔上安装电极触点圆柱90，构成电极触点梳状阵列。通过梳状阵列结构方式可避开头发阻碍，保证电极触点与头皮电学导通及信号顺利传导。该电极触点圆柱90与头皮直接接触，传导转换脑电信息。

电极外套管20外径与电极顶盖10外径相等，其内径与电极顶盖10中圆形凸台直径相等，其高度大于第一缓冲弹簧30和第二缓冲弹簧40的高度2mm以上。电极外套管20通过环氧树脂等粘剂固定于电极顶盖10上。

内圆环盖50外径与内圆环80外径相等，内圆环盖50中圆形凸台直径与内圆环80内径相等，内圆环盖50通过粘接剂密封固定于内圆环上，形成圆形导电液体第一储液池81。

外圆环盖60外径与电极顶盖10中圆形凸台直径相等，外圆环盖60内径与内圆环盖50外径相等，外圆环盖60通过粘接剂密封固定于外圆环70上，内部中空形成环形导电液体第二储液池71。

外圆环70与电极外套管20、内圆环80与外圆环70之间均有缝隙，使得内圆环80和外圆环70可独立沿轴向错位移动。

使用时，电极装置中的电极触点圆柱90与大脑头皮接触，将大脑头皮脑电信号进行采集，进而通过第二储液池71和第一储液池81中的导电液体、外圆环70和内圆环80将信号传至内圆环盖50和外圆环盖60上的引线上，引线通过电极顶盖10中央圆孔引至外部采集电路系统。内圆环80和外圆环70可独立沿轴向错位移动，以适应近似椭球大脑头皮形状。当头部有颠簸、振动时，第一缓冲弹簧30和第二缓冲弹簧40可分别跟随其运动，保证电极触点阵列与头皮之间稳定接触，降低运动伪迹。导电液体第二储液池71和第一储液池81为电极触点圆柱90持续提供导电液体，保证电极持续维持低阻抗和长期工作使用。

本实施例中，优选地，电极顶盖10外直径23mm，电极外套管20的高度为18mm，第一导电液体导管口13、第二导电液体导管口14、第一圆孔52和第二圆孔61的直径为2mm，电极触点圆柱90尺寸为φ2mm×7mm。第一缓冲弹簧30的直径为6mm，高度为15mm。第二缓冲弹簧40的直径为14mm，高度15mm。外圆环70的外直径为21mm，高度为6mm。内圆环80的外直径为10mm，高度为6mm。外圆环盖60、内圆环盖50、外圆环70、内圆环80和电极触点圆柱90材质均为金属。

综上所述，本发明提供了一种基于独立分圈缓冲结构的低阻抗脑电传感电极装置，通过独立分圈缓冲结构有效解决因头部颠簸、振动所引起的电极与头皮接触不稳和运动伪迹；通过导电液体自动补给加注结构，保证电极触点圆柱作为电极的低阻抗特性和长时间连续使用，为脑机接口技术及其应用提供可靠的脑电传感电极装置。

尽管已经结合优选的实施例对本发明进行了详细地描述，但是本领域技术人员应当理解的是在不违背本发明精神和实质的情况下，各种修正都是允许的，它们都落入本发明的权利要求的保护范围之中。