用于电极放置和追踪的方法和设备与流程

背景技术：

技术实现思路

1、通常，在促进电极在皮肤表面的选定区域上的放置和接触时，电极载体系统通常可以包括至少部分导电的电极主体；从所述电极主体延伸的一个或多个管状构件，所述一个或多个管状构件中的每一个限定在其中穿过的管腔和远侧开口；具有可压缩结构并且包含与所述一个或多个管状构件流体连通的导电流体或凝胶的储器；以及支撑所述电极主体和储器的背衬。

2、在其他变型中，所述电极载体系统通常可以包括具有从其延伸的一个或多个管状构件的电极主体，每一个所述管状构件限定穿过其中的管腔和远侧开口；具有限定内部容积并且与所述一个或多个管状构件流体连通的可压缩结构的储器；以及与所述电极主体电连通的控制器和/或输出装置，其中所述控制器和/或输出装置被配置用于从所述电极组件接收电信号并记录和/或输出相应的响应。

3、所述电极载体系统通常可以包括固定在患者头部周围的背衬。所述背衬可以被配置为头带，但所述载体系统可以并入到用于将所述电极抵靠患者身体而保持的任何数目的其他平台或定位机构中。各个电极彼此间隔开，使得当所述头带定位在患者的头部上时，所述电极最优地对准在头部上以用于接收eeg信号。所述载体系统可以使每个所述电极经由从所述背衬延伸的相应导线电耦合并且例如耦合至控制器和/或输出装置。不过在其他变型中，所述电极可以无线耦合到所述控制器和/或输出装置。

4、所述控制器和/或输出装置通常可以包括任何数目的用于接收所述电信号的装置，诸如电生理监测装置，并且还可以与任何数目的脑成像装置组合使用，例如fmri、pet、nirs等。

5、如本文所述，所述电极可以定位在所述背衬上以快速实现与下方皮肤的导电接触，同时使患者舒适，例如当患者斜躺时，其头部的背面或侧面放在表面上而没有来自所述电极的不适。

6、在所述电极载体系统的一个变型中，每个所述电极可以被配置成包括视觉指示器或触觉指示器以向用户提供已经实现与所述皮肤表面的充分电极连接的反馈。例如，每个电极可以并入阻抗传感器和指示器，使得当所述控制器和/或输出装置在特定电极中检测到相对低的阻抗时，例如，5-50kω，该电极可以使其指示器(诸如led)致动以指示在所述电极与下方皮肤之间实现了足够的电接触。

7、现转向电极配置，电极载体系统的一种变型可以包括封入预先填充有导电凝胶或流体的储器内的每个电极。每个电极可以配置成包含在各自的储器内的平坦或无创伤配置，并且每个储器可以由任何数目的可以容易坍缩的柔性材料形成，例如，硅氧烷、聚氨酯、橡胶等。所述电极可以经由导线耦合，所述导线穿过由通过基板与电极隔开的背衬限定的管腔。每个储器还可以分别限定一个或多个开口，所述导电凝胶或流体可以通过所述开口排出。

8、一旦所述平台位于所述患者的头部上方，所述用户可以按压每个储器，使得所述导电流体或凝胶流过所述开口并流到所述患者的皮肤上。通过所述开口排出的所述导电流体或凝胶可以保持所述皮肤表面与相应电极之间的流体连通，使得所述检测到的电信号可以从所述皮肤传输到所述电极。此外，由于所述储器的柔性，一旦所述导电流体或凝胶被排出到与所述皮肤表面接触，所述背衬可以抵靠所述皮肤表面平放，使得所述患者可以将其头部舒适地放置在表面上，同时仍保持与所述电极的电接触。

9、另一种电极变型可以由能够容易地抵靠所述皮肤表面而弯曲或弯折的导线或导电条带的一个或多个环组成。所述电极载体系统可以包括用于包含围绕每个所述电极的如上所述的导电流体或凝胶的压力释放容器，使得所述导电流体或凝胶可以在所述一个或多个环周围和内部排出以确保导电路径。

10、另一种变型可以被配置成一个或多个管状构件，其从所述背衬横向延伸。对于每个电极，所述管状构件可以各自以圆形图案布置，并且其还可以限定穿过其中的在每个远端具有开口的管腔。每个所述管状构件可以由导电金属制成，所述导电金属在使用时可以保持其管状形状，或者当放置在所述患者的皮肤表面上时可以足够薄和柔韧以弯曲或屈曲。或者，所述管状构件可以由涂覆或层叠有导电材料的柔性材料制成，使得所述构件保持其柔韧性。在任一种情况下，所述导电流体或凝胶可以包含在所述管状构件内，或者其可以保持在围绕或接近每个电极的如上所述的压力释放储器内。由于所述电极的管状形状，它们可以容易地穿过所述患者的毛发(若存在)并且在保持电接触的同时抵靠所述皮肤表面接触。

11、电极实施方式的又一变型还可以利用填充有所述导电流体或凝胶的压力释放储器。所述储器可以由柔性材料，例如硅氧烷、聚氨酯、橡胶等形成，其从所述背衬延伸以形成具有限定在所述储器上方的一个或多个开口的弯曲结构或弓形结构。这些开口可以保持在关闭状态，直到向所述储器和/或背衬施加力，所述力可以促使包含在其中的所述流体或凝胶通过所述开口逸出并与所述储器的外表面和下方的皮肤表面接触。所述储器的所述外表面可以具有与所述导线电接触的导电材料层，使得一旦所述流体或凝胶已从所述储器内排出并且到达所述储器外表面上的所述导电材料和皮肤表面上，可以实现电接触。

12、在又一个变型中，具有电极主体的电极载体系统可以限定从所述主体延伸的一个或多个管状构件，使得所述构件横向远离所述背衬突出。所述电极主体可以由可以是刚性的导电材料构成，诸如金属。然而，在其他变型中，所述主体可以由也是柔性的导电材料(例如，导电硅氧烷)制成和/或可以由用导电材料涂覆或层叠的柔性材料(例如硅氧烷、聚氨酯、橡胶等)制成，使得下方的管状构件保持其柔韧性。

13、在任一种情况下，所述主体可以固定到所述背衬，使得所述一个或多个开口沿着所述主体限定并且延伸穿过所述构件与具有可压缩壳体的储器流体连通。所述储器也可以固定到所述背衬并且包含位于所述电极主体的局部的一定体积的导电流体或凝胶。所述管状构件可以以均匀的图案布置或还可以以任意图案布置，并且虽然所示出的构件布置成圆形配置，但是可以实现其他图案。在将所述背衬固定到所述患者之后，可以按压或推动所述储器，使得包含在其中的所述流体或凝胶通过每个所述管状构件排出并通过相应的远侧开口与下方的皮肤表面接触。所述构件的细长性质可以使它们容易穿过所述患者的毛发(若存在)，并且直接抵靠所述皮肤表面接触。

14、在另一个变型中，具有管状主体的电极载体系统可以在其表面上方限定一个或多个开口。所述管状主体可以具有以盘绕或螺旋图案远离所述背衬延伸的一个或多个管状构件。所述管状构件可以限定在其中穿过的管腔，所述管腔从所述管状主体延伸并且延伸至在其端头处的远侧开口。所述背衬可以进一步限定包含一定体积的导电流体或凝胶的储器，使得所述主体与所述储器流体连通。附加地和/或替代地，所述构件的所述远侧端头可以呈现用于接触皮肤的粗糙表面。任选地粗糙的端头可以由用户在所述皮肤表面上方旋转或以其他方式平移或移动，以至少部分地使所述皮肤表面剥落以促进电接触。

15、特别地，可以修改所述电极组件的远侧皮肤接触表面以准备皮肤表面以增强当所述电极组件的导电部分与皮肤物理接触时该导电部分与皮肤之间的电导率(即，降低电阻)。例如，所述电极组件的组织接触表面可以被修改成具有研磨面，例如，通过涂覆磨粒；可以形成或模制成具有突出的刚性特征，例如，凸起、脊等；和/或可以涂覆有降低电极连接阻抗的材料。所述电极组件的组织接触表面在目标组织位置上方的这种扫动和/或化学涂层可以刮擦、溶解和/或以其他方式破坏死组织和降解头皮油。在具体示例中，所述电极组件的远侧组织接触表面的至少一部分，例如至少一些所述管状构件的远侧表面，包括这样的用于改善电极连接质量的表面特征、表面涂层、表面处理或其组合。

16、在另一变型中，所述电极载体系统还可以用于其他应用，诸如采用视觉运动追踪或加速度计的患者运动追踪。所述运动追踪可以与eeg装置耦合以拒绝剧烈运动期间的eeg数据。所述视觉运动追踪允许相机自动追踪使用所述头带的所述患者，并为患者提供记录精度和更多的移动性。

17、在本发明的另一个具体方面，电极组件包括电极主体和从所述电极主体延伸，通常是从所述电极主体的底表面延伸的一个或多个管状构件。每个管状构件具有远侧端头，并且至少一些所述管状构件具有管腔，所述管腔具有在所述远侧端头中的远侧开口。包含导电流体或凝胶的储器任选地安设在所述电极主体中，并且所述电极主体被配置用于将所述导电流体或凝胶从所述储器分配通过所述管腔并从所述管状构件的所述远侧开口分配出。或者，在一些实施方案中，可以使用注射器或其他单独的递送装置将所述导电流体或凝胶分配到所述管状构件的管腔上或分配通过所述管状构件的管腔。

18、如本文所用，术语“导电的”将意指在电学上导电的，即具有非常低的电阻和携带低电流生物信号如eeg信号的能力。

19、如本文进一步所用，词语“管状构件”将意指大致细长的结构，即其远离所述电极主体的底部延伸的长度大于其平行于所述电极主体的底部的宽度，其中所述宽度在其最窄点处测量。通常，所述长度将会至少是所述宽度的两倍，经常至少是所述宽度的三倍。示例性管状构件可以具有大致圆形的水平周边(在平行于所述电极主体的底部的平面上)，使得其沿垂直轴线大致呈圆柱形。其他示例性管状构件可以具有新月形水平周边。

20、在具体实施方式中，所述电极组件将会通常包括至少两个管状构件，并且可以包括三个管状构件、四个管状构件或甚至更多个。所述管状构件将会通常从所述电极主体的底表面垂直向下悬垂，并且将会特别地配置成使得其可以穿透患者的毛发，使得所述管状构件的远侧端头将会能够接合患者的头皮并提供与患者头皮的可靠电接触。在所述电极主体的底表面上的所述管状构件的组织接合区域将会通常为所述底表面面积的50％或更少，经常为所述电极主体的面积的30％或更少，并且通常为所述底表面面积的至少5％。因此，在所述电极主体的底表面上的所述管状构件的组织接合区域将会通常在所述底表面面积的5％至50％的范围内，常在所述底表面面积的5％至30％的范围内。

21、在大多数情况下，所述管状构件将会以垂直角度从所述电极主体的大致平面的底部延伸。然而，在其他情况下，所述管状构件可以相对于所述平面以30°至150°范围内的任何角度延伸，通常相对于所述平面呈60°至120°。然而，在其他情况下，所述管状构件可以具有其他配置，例如被配置成螺旋形状，使得它们可以通过围绕垂直轴线旋转所述电极组件而穿透毛发到达患者的头皮。

22、在本发明的其他具体实施方式中，至少一些所述管状构件的所述远侧端头将会具有皮肤准备表面，例如，组织粗糙化表面。例如，所述组织粗糙化表面可以包括在所述管状构件的所述远侧端头的至少一部分上形成的研磨材料，诸如砂砾或其他磨粒。在其他情况下，所述表面粗糙化可以包括在接触所述患者皮肤的所述远侧端头的至少一部分上形成的表面特征，诸如脊、凸起、凹槽等。

23、所述电极主体，特别是连接到所述电极主体的所述管状构件，可以至少部分地由导电材料形成，诸如金属、导电涂层、嵌入的线或导电聚合物。在这样的情况下，所述电极主体和/或所述管状构件将会提供将生物电流从所述管状构件的所述端头传导到所述电极主体上的电末端或其他导电连接器所需的电路径的至少一部分，如下所述。然而，在其他情况下，所述电极主体和/或所述管状构件可以主要或甚至完全由非导电材料形成。在这样的情况下，所述导电流体或凝胶将会提供在将这样的导电流体或凝胶分布在整个所述电极和管状构件之后将所述生物电流从所述管状构件的所述远侧端头传递到所述电末端所需的大部分或全部导电路径，如下面更详细描述的。

24、所述管状构件可以包括各种几何形状。通常，所述管状构件将会通常是具有在其中延伸的管腔的圆柱形。然而，在其他情况下，所述管状构件可以形成为在其远侧端头处具有沿着弯曲的“轴线”的相对宽的组织接触区域的“叉状物”。在许多情况下，所述叉状物的组织接触区域将会通常是新月形的，使得当它们相对于所述患者的组织旋转时将会遵循大致圆形的路径，如下面更详细地描述的。

25、本发明的叉状物和其他管状构件优选地将会在其组织接触表面中具有端口，用于将所述导电流体或凝胶递送到所述患者的皮肤。在一些情况下，端口可以形成在所述管状构件或叉状物的大致平坦的底表面中。在其他情况下，所述端口可以连接到所述叉状物或其他管状构件的组织接触表面上的通道或其他分布特征。在更进一步的具体实施方式中，用于递送所述导电流体或凝胶的端口可以位于所述叉状物的凹陷的表面中，所述凹陷的表面可以与所述叉状物或其他管状构件的组织接触下表面邻近。

26、虽然所述电极组件将会通常包括如刚刚所讨论的一个或多个管状构件，但在一些替代实施方式中，所述电极主体可以具有大致平坦的底部，没有管状构件和其他突出构件。所述平坦的底部将会被配置用于接合皮肤并具有用于释放导电流体或凝胶的开口，所述释放以本文其他地方描述的用于通过所述管状构件递送所述导电流体或凝胶的任何方式进行。这样的平坦底部的组织接触表面可以以本文所讨论的任何方式进行修改，以与所述目标组织表面具有导电性。

27、包含所述导电流体或凝胶的所述电极主体中的所述储器将会优选地被密封以保存所述流体或凝胶并允许已预先填充有所述导电流体或凝胶的电极组件长期储存。在具体实施方式中，所述储器的内部将会具有可以在其初始制造期间并入到所述电极组件中的密封的分配容器。例如，所述密封的分配容器可以包括被约束在所述电极主体的腔室内的密封的分配容器，例如袋，其中所述电极主体包括柱塞，所述柱塞被配置用于手动地压靠所述密封的分配容器以通过所述管腔从所述密封的分配容器递送所述导电流体或凝胶并递送出所述管状主体的所述远侧开口。在具体情况下，所述密封的分配容器和所述柱塞将会位于所述电极主体的上部，并且所述管状构件将会从所述电极主体的下表面延伸。在这样的具体情况下，所述电极主体将会被配置成限定用于将所述导电流体或凝胶从所述密封的分配容器递送通过所述管状构件中的管腔递送并递送出所述管状构件的远侧开口的流动路径。

28、本发明的电极组件可以提供有用于从这种密封的分配容器中释放所述导电流体或凝胶的各种机构。例如，所述储器可以具有分配孔，所述分配孔被配置成当所述密封的分配容器被所述柱塞加压时在所述密封的分配容器上限定破裂区域。然而，在其他情况下，所述密封的分配容器可以包括注射器、手动挤压管、辊挤压管等中的任一种，其并入到所述电极主体中或以其他方式与所述电极主体组合。

29、本发明的电极组件将会通常具有导电末端，所述导电末端安装在所述电极主体上并且被配置成允许将所述电极组件附接至控制器或其他仪器以测量eeg或其他电生物信号。所述导电末端将会被配置成电耦合至线或其他常规电导体，以提供与控制系统的连接。在公开的实施方式中，所述导电末端将会具有内部部分，所述内部部分位于所述电极主体内的用于所述导电流或凝胶的流动路径中并且暴露于该流动路径。在一些情况下，所述导电末端将会是唯一的固体导电组件，是所述电极组件的一部分。在这样的导电流体或凝胶已经分布在整个所述电极主体中之后，所述生物信号到导电末端的电传导可以完全由所述导电流体或凝胶提供。然而，在其他情况下，可以在所述电极组件的所述电极主体内提供额外的导电组件、涂层、线等，以便提供或增强导电性。

30、在本发明的进一步方面，电极载体系统包括细长背衬，通常被描绘为头带或头盔，用于放置在患者的头部上。如上所述，多个电极组件安装并分布在所述细长背衬的长度上，并且至少一个电导线或其他导体连接到所述电极组件中的每一个以将低电流生物信号从所述电极组件递送到单独的控制器和/或输出装置。

31、本发明的系统还可以包括被配置用于从所述电极组件接收所述低电流生物信号的控制器和/或输出装置。另外，所述控制器可以被配置用于输出与来自所述电极组件的电信号相对应的响应。在优选实施方式中，至少一些所述管状构件的所述远侧端头将会限定组织粗糙化表面或其他皮肤准备表面，并且至少一些所述电极组件将会可移动地，例如，可旋转地安装在所述细长背衬上，以允许用户将所述组件的所述组织接合表面在目标组织表面上方扫动或刮擦，以磨擦所述组织表面以增强电接触。特别地，在所述电极载体系统的所述细长背衬已经安装在所述患者头部上之后，所述电极组件可以在所述接触组织表面上旋转或替代地平移(来回推动)。

32、在本发明的另一个具体方面，通过在所述患者头皮周围放置头带或其他头盔，可以将多个电极放置在所述患者的头皮上。所述头带携带例如如上所述的多个电极组件，并且从至少一些所述电极组件延伸的一个或多个管状构件的远侧端头抵靠头皮组织接合。随后从安设在至少一些所述电极组件中的储器中挤出导电流体或凝胶，使得所述流体或凝胶穿过所述管状构件以形成通向所述患者的头皮组织的导电路径。所述多个电极组件连接到被配置用于从所述电极组件接收低功率生物电流的控制器和/或输出装置。在本发明的方法的具体方面，至少一些所述管状构件的所述远侧端头将会穿过在所述患者头皮上的毛发定位。可以旋转所述多个电极组件中的至少一些以便磨擦邻近所述一个或多个管状构件的远侧端头的头皮组织，以降低所述电极组件与所述头皮组织之间的接触电阻。通常，至少一些所述管状构件限定所述皮肤准备表面，例如，组织粗糙化表面，并且所述导电流体或凝胶通过所述管腔从所述储器挤出到所述管状构件中，并从所述管状构件的所述远侧端头上的远侧开口挤出到所述头皮组织上。在具体情况下，所述导电流体或凝胶可以从所述管状构件的所述远侧端头上的凹槽挤出或通过所述管状构件的所述远侧端头上的凹槽挤出。这样的挤出通常包括手动地将外部压力施加到保持所述导电流体或凝胶的密封的分配容器，或者所述密封的分配容器被并入到所述电极组件中，通常安设在电极主体内的腔室中。在具体情况下，对所述密封的分配容器施加外部压力可以包括按压柱塞以接合携带所述导电流体或凝胶的可破裂的密封分配容器。或者，向所述密封的分配容器施加外部压力可以包括对管进行手动挤压、手动压下注射器柱塞、滚动挤压管等。在许多情况下，通向所述患者的头皮组织的所述导电路径仅由所述导电流体或凝胶形成。然而，在其他情况下，通向所述患者的头皮的所述导电路径可以至少由所述管状构件上的导电结构或所述电极组件内的其他地方形成。