專利名稱：長(zhǎng)期記錄生理電信號(hào)的侵入式斜針無痛皮膚干電極器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于生物電信號(hào)檢測(cè)的電極傳感器設(shè)計(jì)及加工領(lǐng)域，更具體涉及皮膚
表面生物電勢(shì)長(zhǎng)期記錄的皮膚干電極器件。
背景技術(shù)：
生物電勢(shì)信號(hào)是最主要的生理參數(shù)之一，可用于臨床診斷、病人監(jiān)護(hù)和生物醫(yī)學(xué) 研究等。因此，有效地進(jìn)行生理電信號(hào)的探測(cè)與研究有重要的意義。絕大多數(shù)生理電信號(hào) 都是通過電極與人體(體表或介入)接觸的條件下獲得的，電極的性能將直接影響到信號(hào) 采集的成功與失敗。 皮膚最外層的角質(zhì)層是不導(dǎo)電的，只有通過角質(zhì)層下的真皮層才能提取有效的生 理電信號(hào)。傳統(tǒng)的皮膚濕電極使用含有高濃度導(dǎo)電離子的導(dǎo)電膏涂覆于角質(zhì)層之上，導(dǎo)電 膏能夠擴(kuò)散進(jìn)角質(zhì)層內(nèi)，使其導(dǎo)電能力得以提高。涂覆導(dǎo)電膏不能長(zhǎng)期記錄，否則會(huì)使被試 者產(chǎn)生皮膚潰爛或過敏等副作用。由于難以靠?jī)x器設(shè)計(jì)保證電極、導(dǎo)電膏、皮膚的接觸界面 保持穩(wěn)定，所以很容易產(chǎn)生基線漂移或運(yùn)動(dòng)偽跡的干擾，影響檢測(cè)結(jié)果。皮膚干電極可以克 服以上缺點(diǎn)用于長(zhǎng)期記錄。目前這種皮膚干電極有兩種，一種是非侵入式的，采用電容耦合 的原理測(cè)定信號(hào)。另一種是侵入式的，由二維微針陣列構(gòu)成，可以直接剌透角質(zhì)層到達(dá)可以 導(dǎo)電的生發(fā)層但不觸及真皮層，避免了高阻抗特性的角質(zhì)層所帶來的問題。生發(fā)層并無血 管和神經(jīng)的排布，所以被試者不會(huì)有疼痛感。表皮和真皮的厚度因人而異，而微電極針體的 長(zhǎng)度是固定不變的，因此表皮比較薄的被試著可能有疼痛感。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種用于長(zhǎng)期記錄生理電信號(hào)的侵入式斜針無痛皮膚干 電極器件。該結(jié)構(gòu)改變了原來直插式針狀干電極結(jié)構(gòu)，增加了電極和皮膚的接觸面積，可以 降低接觸阻抗，提高提取的生理電信號(hào)的質(zhì)量。該結(jié)構(gòu)可以采用旋進(jìn)的方式插入，有利于控 制插入深度，不會(huì)使表皮比較薄的被試者產(chǎn)生疼痛感。該結(jié)構(gòu)的微針陣列有一定的角度，不 影響插入，但可以防止皮膚干電極脫出。 本發(fā)明提供一種長(zhǎng)期記錄生理電信號(hào)的侵入式斜針無痛皮膚干電極器件，包括
—電極基座，該電極基座為圓形、橢圓或多邊形； 多個(gè)微針體，該微針體分為前端和下端，所述微針體呈一預(yù)定角度固定在電極基 座上，呈螺旋狀矩陣分布。 其中電極基座的面積為1-0. 5平方厘米。 其中微針體為薄片錐狀結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度為25-500um，微針體表面濺射Ti/Au，微針體的 前端呈錐形或刃形。 其中微針體為硅、金屬、玻璃或有機(jī)材料。 其中微針體前端的剖面形狀為圓形、橢圓或多邊形。 其中微針體的前端和下端為同一種材料或不同材料。
其中多個(gè)微針體與電極基座的夾角是20度-60度。


為進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說 明，其中 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的陣列結(jié)構(gòu)側(cè)視圖； 圖3是圖2的仰視圖，顯示圖1中的微針體2排列狀態(tài)； 圖4是本發(fā)明的陣列結(jié)構(gòu)立體示意圖。
具體實(shí)施方式
(請(qǐng)給出電極基座1、微針體2的材料) 請(qǐng)參閱一種圖1-圖4，本發(fā)明一種長(zhǎng)期記錄生理電信號(hào)的侵入式斜針無痛皮膚干 電極器件，包括 —電極基座l，該電極基座1為圓形、橢圓或多邊形，可以有效降低由于電極邊 緣的棱角給皮膚帶來的損傷；該電極基座1的面積為1-0. 5平方厘米，電極面積太大皮膚 上附著的毛發(fā)等會(huì)給電極的插入增加較大的阻力，面積太小會(huì)使提取的電信號(hào)過弱，影響 電信號(hào)質(zhì)量；該電極基座1的材料為硅、金屬、玻璃或有機(jī)材料；該電極基座1的厚度為 500um-2000um，電極基座1太薄容易斷裂，起不到支撐微針體2的作用，而電極基座1太厚 會(huì)使電極過于笨重不利于實(shí)際操作。 多個(gè)微針體2，該微針體2分為前端3和下端4，所述微針體2呈一定角度固定在電 極基座1上，呈螺旋狀矩陣分布，這種分布有利于電極旋進(jìn)和旋出皮膚；該微針體2為薄片 錐狀結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度為25-500um，既可以穿過不導(dǎo)電的角質(zhì)層又可以不觸及到含有大量血管和 神經(jīng)的真皮層，這樣既可以提取到生物電信號(hào)，又不會(huì)有疼痛感知；微針體2為薄片錐狀結(jié) 構(gòu)，厚度為30-300um，微針太薄會(huì)影響其強(qiáng)度，太厚會(huì)對(duì)皮膚造成較大的損傷；多個(gè)微針體 2之間的中心距為100-1000um，多個(gè)微針體2之間的中心距太小會(huì)對(duì)剌入皮膚造成阻礙，多 個(gè)微針體2之間的中心距太大，導(dǎo)致電極基座1上的微針體2的數(shù)量太少，影響電極的阻抗 特性；多個(gè)微針體2可以在同一平面上也可以在不同平面上；微針體2表面濺射Ti/Au或者 其他生物相容性較好的導(dǎo)電材料，電極的使用過程中不會(huì)不會(huì)剌激皮膚；微針體2的前端3 呈錐形或刃形，可以較小的阻力插入生物體并最大程度減小對(duì)插入部位的損傷；該微針體 2為硅、金屬、玻璃或有機(jī)材料，該微針體2前端3的剖面形狀為圓形、橢圓或多邊形，有利于 微針體2順利插入皮膚；該微針體2的前端3和下端4為同一種材料或不同材料，該多個(gè)微 針體2與電極基座1的夾角e是20度-60度，微針體2與電極基座1的夾角呈銳角使電 極插入皮膚后不容易脫落；多個(gè)微針體2與電極基座1的夾角可以相同也可以不同。
實(shí)施例 請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D1-圖4，本發(fā)明提供一種長(zhǎng)期記錄生理電信號(hào)的微創(chuàng)斜針無痛皮膚干 電極，包括電極基座1 ，微針體2，微針體2的前端3，微針體2的下端4，微針體2與電極基 座1的夾角e 。 電極基座1的橫截面形狀是圓形、橢圓或多邊形(本實(shí)施例為多邊形中的矩形)， 截面面積為0. 8平方厘米。電極面積太大皮膚上附著的毛發(fā)等會(huì)給電極的插入增加較大的阻力，面積太小會(huì)使提取的電信號(hào)過弱，影響電信號(hào)質(zhì)量。微針體2的前端3所指是電極插 入組織的方向，長(zhǎng)度為200um。既可以保證剌透角質(zhì)層，又可以保證不觸及真皮層。微針體 2的前端3呈錐形、刃形、劈形或其他尖錐形狀(本實(shí)施例為刃形)，可以較小的阻力插入生 物體并最大程度減小對(duì)插入部位的損傷。微針體2是一個(gè)薄片錐狀結(jié)構(gòu)，該微針體2的前 端3和下端4可以是一體的也可以是不同材料的，微針體2與電極基座1形成的角度，用e 表示它的大小(本實(shí)施例為9為30度)。與傳統(tǒng)的直針相比較，這種斜針的好處是插入深 度易于控制，采用旋轉(zhuǎn)插入的方式，微針體2在皮膚中處于傾斜狀態(tài)，即使微針全部插入到 皮膚中也不會(huì)觸及到真皮層，與此同時(shí)增大了電極與皮膚的接觸面積，有效的降低阻抗。微 針體2的下端4是與電極基座1相連接的地方。整個(gè)皮膚干電極，包括電極基座1、微針體 2、微針體2的前端3、微針體2的下尾端4的表面被Ti/Au或其他導(dǎo)電覆蓋。當(dāng)皮膚干電極 被安放到生物體表時(shí)，電極上的電位將隨著生物體的變化而變化。電極表面鍍Ti/Au還可 以防止汗液等體液對(duì)電極的腐蝕，起到保護(hù)電極的作用。 請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D2-圖4，如圖所示，微針體2和電極基座1有一定的傾斜角度，這樣在 微針進(jìn)入皮膚表面以下深度相等的條件下，傾斜進(jìn)入的微針與垂直進(jìn)入的微針相比，進(jìn)入 長(zhǎng)度將是原來的1/sin e倍。增加了微針體2與皮膚的接觸面積，能夠有效降低阻抗。如 圖3所示，微針體2是呈螺旋方式排布的。這種排布可以使皮膚干電極采用旋進(jìn)的方式插 入皮膚，因此可以控制插入深度，適用于不同類型皮膚的被試者。 以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種長(zhǎng)期記錄生理電信號(hào)的侵入式斜針無痛皮膚干電極器件，包括一電極基座，該電極基座為圓形、橢圓或多邊形；多個(gè)微針體，該微針體分為前端和下端，所述微針體呈一預(yù)定角度固定在電極基座上，呈螺旋狀矩陣分布。
2. 權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)期記錄生理電信號(hào)的侵入式斜針無痛皮膚干電極，其中電極基 座的面積為l-0.5平方厘米。
3. 權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)期記錄生理電信號(hào)的侵入式斜針無痛皮膚干電極，其中微針體 為薄片錐狀結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度為25-500um，微針體表面濺射Ti/Au，微針體的前端呈錐形或刃形。
4. 權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)期記錄生理電信號(hào)的侵入式斜針無痛皮膚干電極，其中微針體 為硅、金屬、玻璃或有機(jī)材料。
5. 如權(quán)利要求2所述的長(zhǎng)期記錄生理電信號(hào)的侵入式斜針無痛皮膚干電極，其中微針 體前端的剖面形狀為圓形、橢圓或多邊形。
6. 如權(quán)利要求2或3所述的長(zhǎng)期記錄生理電信號(hào)的侵入式斜針無痛皮膚干電極，其中 微針體的前端和下端為同一種材料或不同材料。
7. 如權(quán)利要求2或3所述的長(zhǎng)期記錄生理電信號(hào)的侵入式斜針無痛皮膚干電極，其中 多個(gè)微針體與電極基座的夾角是20度-60度。
全文摘要
一種長(zhǎng)期記錄生理電信號(hào)的侵入式斜針無痛皮膚干電極器件，包括一電極基座，該電極基座為圓形、橢圓或多邊形；多個(gè)微針體，該微針體分為前端和下端，所述微針體呈一預(yù)定角度固定在電極基座上，呈螺旋狀矩陣分布。該結(jié)構(gòu)改變了原來直插式針狀干電極結(jié)構(gòu)，增加了電極和皮膚的接觸面積，可以降低接觸阻抗，提高提取的生理電信號(hào)的質(zhì)量。該結(jié)構(gòu)可以采用旋進(jìn)的方式插入，有利于控制插入深度，不會(huì)使表皮比較薄的被試者產(chǎn)生疼痛感。該結(jié)構(gòu)的微針陣列有一定的角度，不影響插入，但可以防止皮膚干電極脫出。
文檔編號(hào)A61B5/04GK101716073SQ200910242338
公開日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月9日
發(fā)明者王宇, 裴為華, 郭凱, 陳弘達(dá) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所