基于一体化电极模型和导电涂层的肌电干电极及其制法的制作方法

本发明属于人体表面肌电信号采集设备制备技术领域，具体涉及一种基于一体化电极模型和导电涂层的肌电干电极及其制法。

背景技术

肌电信号(electromyography，emg)也称肌电图，是骨骼肌收缩时伴随的电信号，是众多肌纤维运动单元动作电位(muap)在时间与空间上的叠加，能在一定程度上反应神经肌肉的活动。表面肌电信号(surfaceemg，semg)是指通过表面电极与放大器在人体皮肤表面检测到的emg信号。由于表面肌电技术具有使用方便、安全、简单、无创、无痛、有效等优点，被广泛应用于与肌肉功能或活动有关的研究与应用中。其中，表面肌电信号测量系统在临床医学的神经肌肉疾病诊断、人机工效学领域肌肉工作的工效学分析、康复医学领域的肌肉功能评价以及体育科学中的疲劳评定/运动技术合理性分析、肌纤维类型和无氧阈值的无损伤性预测等方面均有重要的实用价值，广泛应用于体育科研、医疗康复、人体工效学、工作危险评估等。

传统的表面肌电电极通常是基于导电膏或者导电凝胶的湿电极，如专利文献cn107334472a公开了一种基于水凝胶的可拉伸高密度肌电信号电极片，包括基底层、水凝胶电极、水凝胶导线和密封层；所述水凝胶电极和所述水凝胶导线的材料均为水凝胶，所述水凝胶具有导电性；所述基底层和所述密封层具有绝缘性；所述水凝胶电极和所述水凝胶导线固定于所述基底层上。该湿电极的主要特点是在使用的过程中，电极与皮肤的接触是通过“湿”的导电膏或者导电水凝胶作为媒介，以期通过湿电极中的水分浸润皮肤表面的角质层来降低电极与皮肤之间的接触阻抗。

因此，湿电极存在的缺点不言而喻，原因是：导电膏或者导电水凝胶的主要是靠离子来导电，如果测量的时间超过数小时，则导电膏或者导电水凝胶就会因为失水而变成绝缘态，使得测量无法继续进行，而且，随着时间的流逝，由于导电膏或者导电水凝胶中水分的含量不同，导致接触阻抗时刻在变化，采集的肌电信号质量也因之不稳定。因此湿电极不适宜进行长时间的肌电记录。

为了克服肌电湿电极的上述缺点，目前市面上有不少的肌电干电极产品，其主要的思想是提高放大器的输入阻抗，采用银、金、铜镀金、铜镀银、银/氯化银烧结等金属作为电极探头直接与皮肤接触测量。该类干电极的共同的缺点是：制造麻烦，而且由于要用到金银等贵金属，价格昂贵。另外，电极本身可以是任何良导体，但是要满足具体测量要求尤其是对信噪比的要求，以及安全性，可靠性(一致性)等，就需要电极的形状尺寸规范。可以用金属例如不锈钢来替代，但是不锈钢或者其它金属有个关键的问题，极化电势，也就是基准电势不稳定，一致性差，随着温度、湿度等变化很大。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于一体化电极模型和导电涂层的肌电干电极及其制法，从而克服现有肌电电极存在的不能够长时间进行肌电记录、制造过程复杂、成本高的缺点。

为实现上述一个或多个目的，在本发明的一个实施方案中，本发明提供了一种基于一体化电极模型和导电涂层的肌电干电极，包括：一体化3d打印电极模型，其包括第一小孔、第二小孔、第三小孔以及凸出的电极，所述电极包括差分输入正极、差分输入负极和参考电极；ag/agcl导电油墨形成的涂层，其在电极的表面，是电极的信号探测部分，与待检测的皮肤接触；以及电极引出线，其分别插在所述第一小孔、第二小孔、第三小孔内引出。

在本发明的一个优选实施方案中，本发明提供了一种基于一体化电极模型和导电涂层的肌电干电极，所述一体化3d打印电极模型形成时采用的3d打印技术选自fdm技术、sla技术中的一种。

在本发明的一个优选实施方案中，本发明提供了一种基于一体化电极模型和导电涂层的肌电干电极，所述3d打印技术采用的材料选自abs、pla中的一种。

在本发明的一个优选实施方案中，本发明提供了一种基于一体化电极模型和导电涂层的肌电干电极，所述差分输入正极和差分输入负极设置在一体化3d打印电极模型的两端，所述参考电极设置在一体化3d打印电极模型的中间。

其中，上述电极中心之间的距离为10mm。

在本发明的一个优选实施方案中，本发明提供了一种基于一体化电极模型和导电涂层的肌电干电极，所述电极的形状选自腰形、圆形中的一种。

在本发明的一个优选实施方案中，本发明提供了一种基于一体化电极模型和导电涂层的肌电干电极，所述电极引出线是纯铜导线。

在本发明的一个优选实施方案中，本发明提供了一种基于一体化电极模型和导电涂层的肌电干电极，所述第一小孔、第二小孔、第三小孔的直径是0.2～1.0mm，优选的直径是0.5mm；其中第一小孔位于差分输入正极的中心、第二小孔位于参考电极的中心、第三小孔位于差分输入负极的中心。

在本发明的一个优选实施方案中，本发明提供了一种基于一体化电极模型和导电涂层的肌电干电极，所述第一小孔、第二小孔、第三小孔内灌注微量ag/agcl导电油墨。

其中，孔内灌注微量ag/agcl是为了保证导线与ag/agcl接触。

在本发明的一个优选实施方案中，本发明提供了一种基于一体化电极模型和导电涂层的肌电干电极，所述第一小孔、第二小孔、第三小孔内还可进一步灌注导电凝胶，优选电路修理用导电凝胶。

其中，采用导电凝胶灌注小孔能够加速ag/agcl导电油墨的干燥过程，一般情况下，使得ag/agcl导电油墨的干燥时间由12～24小时缩短至1小时左右。

在本发明的一个优选实施方案中，本发明提供了一种基于一体化电极模型和导电涂层的肌电干电极，所述ag/agcl导电油墨是膏体状，采用银粉、氯化银粉末、粘结剂以及稳定剂制成。

在本发明的一个优选实施方案中，本发明提供了一种基于一体化电极模型和导电涂层的肌电干电极，所述ag/agcl导电油墨形成的涂层厚度在5um～100um之间。

在本发明的另一个实施方案中，本发明提供了一种上述肌电干电极的制备方法，步骤包括：以光敏树脂或光固化树脂为基底，打印出一体化3d打印电极模型；然后，在电极的信号探测部分涂布ag/agcl导电油墨，得到所述肌电干电极。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明肌电干电极采用3d打印技术，能够一体化形成肌电干电极模型，该模块化设计思想使得肌电干电极制造简单，克服了现有肌电电极制造过程中制作工艺复杂的缺点。

(2)本发明肌电干电极的信号探测部分采用ag/agcl导电油墨形成的涂层，具有稳定的电化学性质，能够进行长时间表面肌电信号检测，检测过程产生的各项性能参数均稳定，不会由于检测时间过长导致信号探测部分不稳定进而产生检测的性能参数不稳定或无法检测的问题。

(3)本发明肌电干电极中采用ag/agcl导电油墨涂覆在电极表面，形成的涂层只有几十微米厚，ag/agcl导电油墨的用量极少；与金属电极相比，本发明肌电干电极稳定性好；与ag/agcl粉末烧结电极相比，本发明肌电干电极用量少，成本低；与于凝胶电极(湿电极)相比，本发明肌电干电极可以连续长时间使用。

(4)本发明肌电干电极方便随时更改电极的形状和排列以适应不同的测试或实验要求，实际操作时换个模型3d打印一下电极，然后在表面涂一层ag/agcl油墨即可，使用更加灵活，节约了成本和制造时间。

定义

本发明所述“fdm技术”是指熔融层积式成型(fdm，fuseddepositionmodeling)技术。

本发明所述“sla技术”是指光固化立体平板印刷(sla，stereolithographyappearance)技术。

本发明所述“abs”是指丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。

本发明所述“pla”是指聚乳酸。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分。在附图中：

图1a是根据本发明的肌电干电极的主视图；

图1b是根据本发明的肌电干电极的侧视图；

图1c是根据本发明的肌电干电极的俯视图；

图1d是根据本发明的肌电干电极的整体视图；

图2a是根据本发明的肌电干电极的电极探头是腰形的主视图；

图2b是根据本发明的肌电干电极的电极探头是圆形的主视图。

主要附图标记说明：

1-差分输入正极，2-参考电极，3-差分输入负极，4-第一小孔，5-第二小孔，6-第三小孔，7-，8-第一ag/agcl导电油墨形成的涂层，9-第二ag/agcl导电油墨形成的涂层，10-第三ag/agcl导电油墨形成的涂层。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案作进一步进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

实施例1：一种基于一体化电极模型和导电涂层的肌电干电极

如图1所示，包括：一体化3d打印电极模型7、ag/agcl导电油墨形成的涂层8、ag/agcl导电油墨形成的涂层9、ag/agcl导电油墨形成的涂层10以及电极引出线；其中，一体化3d打印电极模型包括三个小孔和三个凸出的电极，三个小孔是第一小孔4、第二小孔5、第三小孔6，三个凸出的电极包括差分输入正极1、差分输入负极3和参考电极2，第一小孔4位于差分输入正极1的中心、第二小孔5位于参考电极2的中心、第三小孔6位于差分输入负极3的中心；第一ag/agcl导电油墨形成的涂层8、第二ag/agcl导电油墨形成的涂层9、第三ag/agcl导电油墨形成的涂层10涂覆在电极的表面，是电极的信号探测部分，与待检测的皮肤接触；电极引出线分别插在第一小孔4、第二小孔5、第三小孔6内引出。

其中，第一小孔4、第二小孔5、第三小孔6的直径是0.5mm。

上述凸出的电极的形状是腰形，还可以是圆形，如图2所示。

上述肌电干电极本身的长度是30mm，宽度是25mm，上述电极中心之间的距离为10mm；上述肌电干电极的厚度是6mm，电极凸出部分和ag/agcl导电油墨形成的涂层的厚度之和是2mm；上述腰形凸出电极的尺寸是15mm，腰形上下两个半圆的中心距是10mm。

实施例2：一种上述肌电干电极的制备方法

步骤包括：以光敏树脂为基底，打印出一体化3d肌电干电极模型；然后，在电极的信号探测部分涂布ag/agcl导电油墨，在电极的表面形成的涂层，得到肌电干电极。

实施例3：一种上述肌电干电极的制备方法

步骤包括：以光固化树脂为基底，打印出一体化3d肌电干电极模型；然后，在电极的信号探测部分涂布ag/agcl导电油墨，在电极的表面形成的涂层，得到肌电干电极。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。