专利名称：基于电容耦合原理脑电干电极的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种生物医学领域的基于电容耦合原理脑电干电极，具体是一种利用电容原理制作的电容性电极加上设计巧妙的机械结构构成的脑电极。
背景技术：
目前关于脑电极主要有三种湿电极、干电极、电容电极。传统的脑电极技术，亦即湿电极，在采集脑电信号的时候需要提供很低的接触阻抗，在这种要求下需要用导电膏来实现。这样的在采集脑电信号之前的准备工作会花费很长的时间，采集通道越多，花费的时间越长。而且，导电膏会在一定的时间内干掉，对于长期监测人体的系统来说是个瓶颈。同时，对于采集脑电信号时头发的障碍也是亟需解决的问题。干电极和电容电极技术的应用避免了导电膏的使用，解决了用湿电极来做长期监测时所遇到困境。从干电极的技术原理上看，干电极是接触式的脑电极，通过一片金属导体与皮肤接触加上后续电路进行脑电的采集。因此，干电极在应用时存在一个潜在的危险金属对人体的伤害，比如在运动时、受到撞击时等情况下。经对现有技术文献的检索发现，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”(“一种应用于脑电信号采集的新型脑电极”《生物医学工程传感器》)，该文提出采用以不锈钢为基底，在不锈钢上形成一层0. 2 μ m作为电容电介质层。该制作工艺复杂，工序繁多，制作成本高。由于电容电极的阻抗非常高，噪声与运放的输入阻抗的平方根的倒数成正比关系，因而为减小噪声干扰，需要非常高的输入阻抗(达到T Ω级)，从该文的电路上来看，该问题并未解决很好。电容电极是一种非接触式脑电极，通过电容耦合的原理，不需要电极与皮肤直接接触。这样解决上面所述的问题，不需要导电膏的辅助，没有头发的干扰。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的不足和缺陷，提出一种制作简单，减小噪声干扰等问题的基于电容耦合原理脑电干电极，以解决运用电容性电极一直以来在采集脑电的时候遇到头发的问题。本发明通过以下技术方案实现，本发明包括电容电极，印刷电路板PCB，屏蔽罩。 其中电容电极设置在双层印刷电路板PCB上，双层印刷电路板PCB底层与电容电极金属基底连接，顶层为阻抗转换电路和偏置电路，电容电极底面嵌入一块金属薄片用于将电极与印刷电路板PCB连接起来，屏蔽罩安装于电容电极上，印刷电路板PCB位于屏蔽罩内。所述的电容电极底面的金属薄片，该薄片开孔，用于将电极和印刷电路板PCB通过导线连接起来。所述的电容电极包括电介质以及位于电介质底面的金属基底。
所述的电容电极电介质通过模具成型技术制作，将金属基底黏着在电介质底面。 电极的触角长度可根据头发的厚度调整。所述的屏蔽罩根据电容电极的形状机械加工成型。本发明所采用的材料分别为电容电极的电介质采用PDMS，屏蔽罩采用金属材料。本发明采用机械加工工艺制作电容电极，电容电极的优势在于可以与皮肤不发生接触的情况采集信号，这种优势对于在采集脑电信号的时候显得尤为重要。根据研究表明， 脑电信号的主要区域在头顶偏后的位置，不过该位置由于头发的困扰，一直以来，采用干电极技术采集脑电信号都是将电极放置于额头靠近发迹线处以避免头发的干扰。本发明能克服头发的障碍，将电极放置于脑电信号丰富的位置，采集的脑电信号更为精确。而且，与现有的干电极技术相比性能突出，结构巧妙。
图1是本发明一实施例的整体结构示意图2是本发明一实施例的电容电极整体结构示意图； 图3是本发明一实施例的电容电极剖面示意图； 图4是本发明一实施例的电容电极俯视图； 图中电介质1，金属基底2，PCB 3，屏蔽罩4，金属薄片5，孔6。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本实施例包括电容电极，印刷电路板PCB3，屏蔽罩4。其中电容电极设置在双层印刷电路板PCB3上，PCB3底层与电容电极金属基底连接，顶层为阻抗转换电路和偏置电路，电容电极底面嵌入一块金属薄片5，屏蔽罩4安装于电容电极上，印刷电路板PCB3位于屏蔽罩4内。本实施例中，屏蔽罩4为金属屏蔽罩4，金属屏蔽罩采用铝材加工成方形盒状。长度为^mm,宽度为3mm，厚度为0. 5mm。在屏蔽罩4外延开两个孔用于固定在电容电极上。如图2所示，该图为电容电极整体结构示意图，其中采用PDMS成型出触角阵列形状的电容电极(电介质1，金属基底2)，并在电容电极底面嵌入一块金属薄片5。电容电极底部直径为30mm，触角阵列为虹4，触角直径为1mm，长度为10mm。。如图3所示，该图为电容电极剖面示意图，电容电极包括电容电极金属基底2底部嵌入一块金属薄片5，并开孔6。金属薄片5直径为15mm，厚度为1mm。在电容电极底部开孔，孔径2mm，用于将电极和PCB3通过导线连接起来。本实施例中电容电极制造工艺将金属薄片放置60°C烘箱lh，将PDMS和固化剂按比例混合，搅拌，放置真空箱内将气体抽干。浇铸PDMS与模具上形成所需电容电极。本实施例中，电容电极的触角(即电介质1)长度不受限制，可以根据实际情况进行设计。电容电极阵列的数量不受限制，可以根据实际情况进行设计。金属薄片形状大小不
4受限制，可以根据实际情况进行设计。屏蔽罩根据电容电极的形状机械加工成型。本实施例中，所述PCB3顶层的阻抗转换电路和偏置电路为现有常用电路，阻抗转换电路包括运放和一些无源器件，焊接于PCB顶层表面。在PCB底层表面的焊盘与电容电极的金属基底焊接起来。本实施例的工作原理为电容电极工作时时用的是位移电流，而不是真正的电荷电流。因此，电容电极可以不需要接触到信号源，亦即人体，实现了真正无创电极。为了消除在采集脑电信号时头发的干扰，利用电极触角来插入头发中。相比于皮肤准备法的湿电极而言，此电极无需导电膏等来辅助脑电信号采集，大大降低采集的复杂程度，利于脑电信号的长期监测采集。本实施例中当本装置应用于脑电信号采集时，将电容电极固定于帽子内，帽子戴在头上后，利用电容电极触角穿过头发，适当调整位置，使得采集的信号质量更高。通过这样的装置，不但可以长期对脑电信号的采集，而且也避免的了头发的干扰以及外部的噪声。如表1所示，本实施例的实际应用要求所用尺寸如表所示。
权利要求
1.一种基于电容耦合原理脑电干电极，其特征在于包括电容电极，印刷电路板PCB和屏蔽罩，其中电容电极设置在双层印刷电路板PCB上，双层印刷电路板PCB底层与电容电极金属基底连接，顶层为阻抗转换电路和偏置电路，电容电极底面嵌入一块金属薄片用于将电极与印刷电路板PCB连接起来，屏蔽罩安装于电容电极上，印刷电路板PCB位于屏蔽罩内。
2.根据权利要求1所述的基于电容耦合原理脑电干电极，其特征在于所述的电容电极底面的金属薄片上设有孔，用于将电极和印刷电路板PCB通过导线连接起来。
3.根据权利要求1或2所述的基于电容耦合原理脑电干电极，其特征在于所述的电容电极包括电介质以及位于电介质底面的金属基底。
4.根据权利要求3所述的基于电容耦合原理脑电干电极，其特征在于所述的电容电极电介质通过模具成型技术制作，将金属基底黏着在电介质底面，电极的电介质长度根据头发的厚度调整。
5.根据权利要求3所述的基于电容耦合原理脑电干电极，其特征在于所述的电容电极的形状为触角阵列形状，所述触角即电介质。
6.根据权利要求或1或2所述的基于电容耦合原理脑电干电极，其特征在于所述的电容电极的电介质采用PDMS。
7.根据权利要求1所述的基于电容耦合原理脑电干电极，其特征在于所述的屏蔽罩根据电容电极的形状机械加工成型。
8.根据权利要求1或7所述的基于电容耦合原理脑电干电极，其特征在于所述的屏蔽罩采用金属材料。
全文摘要
一种生物医学技术领域的基于电容耦合原理脑电干电极，应用于人体电势的测量，包括金属屏蔽罩，PCB，电容电极，其中电容电极中含有一块金属薄片用于将电极与PCB连接起来。电容电极整体结构固定在帽子内，电容电极触角插入头发，避免头发在测量时对信号的干扰，固定于帽子内的电容电极可适当调整以获取更高质量的信号。本发明用于脑电信号采集的脑电极结构利用现有的加工工艺和机械结构，能够很好的采集脑电信号，与传统的湿电极相比，不需要皮肤准备步骤，可以用于长期脑电信号的检测，不受测量主体运动的影响，其结构小巧，使用方便快速，减少外部噪声，可以完成微伏级脑电信号的高质量记录。
文档编号A61B5/0478GK102319068SQ201110215378
公开日2012年1月18日 申请日期2011年7月29日 优先权日2011年7月29日
发明者刘景全, 杨斌, 杨春生, 王龙飞 申请人:上海交通大学