本發(fā)明涉及腦電傳感電極領(lǐng)域，尤其是一種基于獨立分圈緩沖結(jié)構(gòu)的低阻抗腦電傳感電極裝置。

背景技術(shù)：

腦機接口可廣泛用于運動紊亂、老年癡呆、癲癇、中風等疾病的診斷、輔助治療或康復(fù)，改善患有運動功能障礙疾病患者的生活質(zhì)量。比如，患有運動功能障礙病人可以通過其腦電波控制輪椅的運動，從而輔助自己行走。隨著世界人口基數(shù)的不斷增長以及老齡化人口的不斷增長，患帕金斯病、老齡癡呆、癲癇等疾病的人數(shù)也將會不斷增加。出于對這些疾病的治療需求，也將驅(qū)動腦機接口技術(shù)的不斷加速發(fā)展。

在腦機接口技術(shù)中，腦電信號作為腦機接口應(yīng)用的原始輸入信號，是實現(xiàn)其應(yīng)用的基礎(chǔ)與根本。腦電的采集質(zhì)量以及相關(guān)的采集環(huán)境限制，嚴重制約著各種腦機接口技術(shù)應(yīng)用的可靠性和實用性。如何在保證腦電信號質(zhì)量的同時，盡可能地減少采集環(huán)境的限制，從而擴大腦機接口技術(shù)應(yīng)用的使用范圍。頭皮腦電傳感電極作為轉(zhuǎn)換元件，可將人體內(nèi)以離子形式傳導(dǎo)的腦電信號轉(zhuǎn)換成電子系統(tǒng)中以電子形式傳導(dǎo)的腦電信號，從而實現(xiàn)腦電信號的采集。在腦電信號采集中電極扮演著關(guān)鍵角色，其性能指標對整個腦機接口系統(tǒng)有著制約性的影響。現(xiàn)有常規(guī)濕式銀/氯化銀腦電傳感電極主要存在以下兩方面的問題：1)連續(xù)使用時間短。受到頭皮、頭皮油性分泌物以及電極與頭皮接觸狀態(tài)等眾多因素的影響，頭皮與電極之間往往具有較大阻抗，使得檢測到的信號噪聲較大，波形失真嚴重。因此使用前需要在電極上注入導(dǎo)電膏，降低電極阻抗。但由于其所采用的導(dǎo)電液或?qū)щ姼鄷苋梭w體溫及環(huán)境溫度的影響而不斷蒸發(fā)變干，使得電極阻抗隨之增大，腦電信號質(zhì)量將下降，更為嚴重時將引起電極與頭皮之間腦電信號傳導(dǎo)通路完全或?qū)㈦x斷。2)準備過程復(fù)雜。一般腦機接口技術(shù)應(yīng)用中，需要用到多通道的腦電電極，這就需要較多的時間和精力對每個采集位置涂抹導(dǎo)電膏。為此，研究一種新型腦電傳感電極裝置顯得尤其重要。針對常規(guī)腦電傳感電極所存在的問題，眾多該領(lǐng)域研究機構(gòu)科研人員從不同技術(shù)途徑都展開了深入研究。有科研人員提出了與皮膚純干性接觸的干電極，解決了連續(xù)使用時間短或準備過程復(fù)雜問題，但電極阻抗過高。還有科研人員提出了基于導(dǎo)電液的濕性電極，解決連續(xù)使用時間短或準備過程復(fù)雜問題，但其運動偽跡過高。因此需要一種低偽跡、低阻抗特性的可長時間連續(xù)使用的新型腦電傳感電極裝置，以提升腦電采集的信號質(zhì)量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于獨立分圈緩沖結(jié)構(gòu)的低阻抗腦電傳感電極裝置，解決腦電測量裝置連續(xù)使用時間短、電極阻抗高的問題。

具體的，本發(fā)明提供了一種基于獨立分圈緩沖結(jié)構(gòu)的低阻抗腦電傳感電極裝置，包括電極頂蓋(10)、第一緩沖彈簧(30)、第二緩沖彈簧(40)、第一儲液池單元、第二儲液池單元和電極觸點圓柱(90)；

第一緩沖彈簧(30)的上端固定于電極頂蓋(10)的下表面，下端固定于第一儲液池單元上；

第二緩沖彈簧(40)的上端固定于電極頂蓋(10)的下表面，下端固定于第二儲液池單元上；

第一緩沖彈簧(30)和第二緩沖彈簧(40)同軸安裝，且第二緩沖彈簧(40)的直徑大于第一緩沖彈簧(30)的直徑；

第一儲液池單元和第二儲液池單元下方均布有多個電極觸點圓柱(90)，且與電極觸點圓柱(90)內(nèi)部連通。

進一步地，所述第一儲液池單元包括內(nèi)圓環(huán)蓋(50)和內(nèi)圓環(huán)(80)；

所述第一緩沖彈簧(30)的下端固定于內(nèi)圓環(huán)蓋(50)的上表面；所述內(nèi)圓環(huán)(80)固定于所述內(nèi)圓環(huán)蓋(50)的下表面；

所述內(nèi)圓環(huán)蓋(50)和內(nèi)圓環(huán)(80)之間為第一儲液池(81)。

進一步地，所述內(nèi)圓環(huán)(80)為圓槽狀，底部均布開有多個直徑相等的圓通孔，電極觸點圓柱(90)安裝于圓通孔內(nèi)。

進一步地，所述內(nèi)圓環(huán)蓋(50)為圓形狀，上表面帶有圓形凸臺，圓形凸臺上開有用于安裝第一緩沖彈簧(30)的第三彈簧安放槽(51)和第一圓孔(52)；

第三彈簧安放槽(51)為圓環(huán)狀；第一圓孔(52)位于內(nèi)圓環(huán)蓋(50)正中央。

進一步地，所述第二儲液池單元包括外圓環(huán)蓋(60)和外圓環(huán)(70)；

所述第二緩沖彈簧(40)的下端固定于外圓環(huán)蓋(60)的上表面；所述外圓環(huán)(70)固定于所述外圓環(huán)蓋(60)的下表面；

所述外圓環(huán)蓋(60)和外圓環(huán)(70)之間為第二儲液池(71)。

進一步地，所述外圓環(huán)(70)為圓環(huán)狀凹槽，底部均布開有多個直徑相等的圓通孔，電極觸點圓柱(90)安裝于圓通孔內(nèi)。

進一步地，所述外圓環(huán)蓋(60)為圓環(huán)狀，上表面帶有圓形凸臺，圓形凸臺上開有安裝第二緩沖彈簧(40)的第四彈簧安放槽(62)和第二圓孔(61)；

第四彈簧安放槽(62)為圓環(huán)狀；第二圓孔(61)位于外圓環(huán)蓋(60)邊上。

進一步地，所述電極頂蓋(10)為圓盤狀，下表面有圓形凸臺，圓形凸臺上開有安放第一緩沖彈簧(30)的第一彈簧安放槽(11)、用于安放緩沖彈簧二(40)的第二彈簧安放槽(12)、第一導(dǎo)電液體導(dǎo)管口(13)和第二導(dǎo)電液體導(dǎo)管口(14)；

第一導(dǎo)電液體導(dǎo)管口(13)位于電極頂蓋(10)的正中央；第二導(dǎo)電液體導(dǎo)管口(14)與第二圓孔(61)中心軸重合，且直徑相等。

進一步地，所述第一緩沖彈簧(30)上端粘接固定安裝于第一彈簧安放槽(11)，下端粘接固定安放于第三彈簧安放槽(51)；

所述第二緩沖彈簧(40)上端粘接固定安裝于第二彈簧安放槽(12)，下端粘接固定安放于第四彈簧安放槽(62)。

進一步地，還包括電極外套管(20)和導(dǎo)線；

電極外套管(20)為圓筒狀，上方開口處與電極頂蓋(10)固定連接；所述第一緩沖彈簧(30)和第二緩沖彈簧(40)位于電極外套管(20)內(nèi)部；外圓環(huán)蓋(60)和內(nèi)圓環(huán)蓋(50)位于電極外套管(20)內(nèi)部靠下位置；

導(dǎo)線一端固定于內(nèi)圓環(huán)蓋(50)和外圓環(huán)蓋(60)上，另一端連接至外部采集電路系統(tǒng)。

本發(fā)明提供了一種基于獨立分圈緩沖結(jié)構(gòu)的低阻抗腦電傳感電極裝置，通過獨立分圈緩沖結(jié)構(gòu)有效解決因頭部顛簸、振動所引起的電極與頭皮接觸不穩(wěn)和運動偽跡；通過導(dǎo)電液體自動補給加注結(jié)構(gòu)，保證電極觸點圓柱作為電極的低阻抗特性和長時間連續(xù)使用，為腦機接口技術(shù)及其應(yīng)用提供可靠的腦電傳感電極裝置。

附圖說明

附圖僅用于示出具體實施例的目的，而并不認為是對本發(fā)明的限制，在整個附圖中，相同的參考符號表示相同的部件。

圖1是本發(fā)明的腦電傳感電極裝置的主視圖；

圖2是本發(fā)明的腦電傳感電極裝置的仰視圖。

圖中：10-電極頂蓋、20-電極外套管、30-第一緩沖彈簧、40-第二緩沖彈簧、50-內(nèi)圓環(huán)蓋、60-外圓環(huán)蓋、70-外圓環(huán)、80-內(nèi)圓環(huán)、90-電極觸點圓柱、11-第一彈簧安放槽、12-第二彈簧安放槽、13-第一導(dǎo)電液體導(dǎo)管口、14-第二導(dǎo)電液體導(dǎo)管口、51-彈簧安放槽、52-第一圓孔、62-第四彈簧安放槽、61-第二圓孔、71-第二儲液池、81-第一儲液池。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

本發(fā)明提供了本發(fā)明提供了一種基于獨立分圈緩沖結(jié)構(gòu)的低阻抗腦電傳感電極裝置，包括：電極頂蓋10、電極外套管20、第一緩沖彈簧30、第二緩沖彈簧40、內(nèi)圓環(huán)蓋50、外圓環(huán)蓋60、外圓環(huán)70、內(nèi)圓環(huán)80和電極觸點圓柱90。

如圖1所示，電極外套管20為圓筒狀，上方開口處安裝有電極頂蓋10；第一緩沖彈簧30和第二緩沖彈簧40位于電極外套管20內(nèi)部，上端固定于電極頂蓋10下方，且為同軸；第一緩沖彈簧30下端與內(nèi)圓環(huán)蓋50固定連接；第二緩沖彈簧40下端與外圓環(huán)蓋60固定連接；外圓環(huán)蓋60中心處開孔，內(nèi)圓環(huán)蓋50位于外圓環(huán)蓋60的中心開孔處，且二者位于電極外套管20內(nèi)部靠下位置；外圓環(huán)70安裝于外圓環(huán)蓋60的下表面，內(nèi)圓環(huán)80安裝于內(nèi)圓環(huán)蓋50的下表面，外圓環(huán)70與內(nèi)圓環(huán)80下表面均布安裝電極觸點圓柱90。

電極頂蓋10為圓盤狀，下表面有圓形凸臺，圓形凸臺上開有第一彈簧安放槽11、第二彈簧安放槽12、第一導(dǎo)電液體導(dǎo)管口13和第二導(dǎo)電液體導(dǎo)管口14，第一彈簧安放槽11和第二彈簧安放槽12為圓環(huán)狀且二者圓心相同，第二彈簧安放槽12的直徑大于第一彈簧安放槽11的直徑，第一彈簧安放槽11用于安放第一緩沖彈簧30并限制第一緩沖彈簧30橫向移動，第二彈簧安放槽12用于安放緩沖彈簧二40并限制緩沖彈簧二40橫向移動。第一導(dǎo)電液體導(dǎo)管口13和第二導(dǎo)電液體導(dǎo)管口14用于安裝外部導(dǎo)電液體補給裝置流管，用于補充導(dǎo)電液體，第一導(dǎo)電液體導(dǎo)管口13位于電極頂蓋10的正中央，第二導(dǎo)電液體導(dǎo)管口14在第二彈簧安放槽12的外部。

內(nèi)圓環(huán)蓋50為圓形狀，上表面帶有圓形凸臺，圓形凸臺上包括第三彈簧安放槽51和第一圓孔52，第三彈簧安放槽51為圓環(huán)狀，其直徑與第一彈簧安放槽11的直徑相等且中心軸重合，用于安放緩沖彈簧一30并限制緩沖彈簧一30橫向移動；第一圓孔52位于內(nèi)圓環(huán)蓋50正中央，與位于電極頂蓋10正中央的第一導(dǎo)電液體導(dǎo)管口13中心軸重合，且直徑相等，用于通導(dǎo)電液體軟管，引入導(dǎo)電液體進入儲液池。

外圓環(huán)蓋60為圓環(huán)狀，上表面帶有圓形凸臺，圓形凸臺上包括第四彈簧安放槽62和第二圓孔61，第四彈簧安放槽62為圓環(huán)狀，其直徑與電極頂蓋10中第二彈簧安放槽12的直徑相等，且中心軸重合，用于安放第二緩沖彈簧40并限制第二緩沖彈簧40橫向移動；第二圓孔61位于外圓環(huán)蓋60邊上，與位于電極頂蓋10外圓周的第二導(dǎo)電液體導(dǎo)管口14中心軸重合，且直徑相等，用于通導(dǎo)電液體軟管，引入導(dǎo)電液體進入儲液池。

內(nèi)圓環(huán)蓋50和外圓環(huán)蓋60上均焊接有導(dǎo)線，導(dǎo)線由電極頂蓋10正中央的第一導(dǎo)電液體導(dǎo)管口13導(dǎo)出，連接至外部采集電路系統(tǒng)。

第一緩沖彈簧30和第二緩沖彈簧40位于電極裝置內(nèi)部，第一緩沖彈簧30直徑小于第二緩沖彈簧40的直徑，且二者高度相等，中心軸線重合，用于給電極提供縱向緩沖。第一緩沖彈簧30上端通過環(huán)氧樹脂膠等粘接固定安裝于第一彈簧安放槽11，第二緩沖彈簧40上端通過環(huán)氧樹脂膠等粘接固定安裝于第二彈簧安放槽12。第一緩沖彈簧30下端通過環(huán)氧樹脂膠等粘接固定安放于第三彈簧安放槽51，緩沖彈簧二40下端通過環(huán)氧樹脂膠等粘接固定安放于第四彈簧安放槽62。第一緩沖彈簧30和第二緩沖彈簧40可獨立為電極裝置提供軸向運動緩沖，構(gòu)成獨立分圈緩沖結(jié)構(gòu)，降低電極裝置傳感腦電信號的運動偽跡。

內(nèi)圓環(huán)80為圓槽狀，圓槽內(nèi)部即為第一儲液池81，內(nèi)圓環(huán)80底部均布開有四個直徑相等的圓通孔，圓通孔直徑與內(nèi)圓環(huán)80底部圓通孔直徑相等，用于安放電極觸點圓柱90。電極觸點圓柱90頂部與儲液池81連通。外圓環(huán)與內(nèi)圓環(huán)的高度相等。

外圓環(huán)70為圓環(huán)狀凹槽，圓環(huán)狀凹槽為第二儲液池71，外圓環(huán)蓋60下表面有安裝外圓環(huán)70的安裝槽，外圓環(huán)70安裝于外圓環(huán)蓋60的安裝槽內(nèi)，外圓環(huán)70底部均布開有十個直徑相等的圓通孔，用于安裝電極觸點圓柱90。電極觸點圓柱90頂部與第二儲液池71連通。

電極觸點圓柱90為中空圓管內(nèi)燒結(jié)金屬多孔介質(zhì)而成的圓柱，其直徑與內(nèi)圓環(huán)80底部圓通孔直徑相等。電極觸點圓柱90上端為開放端，分別與第二儲液池71和第一儲液池81相連通，下端面有微孔，中空圓管內(nèi)燒結(jié)金屬多孔介質(zhì)后存在一定空隙，形成毛細微流通道，以達到導(dǎo)電液緩慢釋放的目的，導(dǎo)電液流至頭皮，有助于實現(xiàn)信號采集。第二儲液池71和第一儲液池81共同為電極觸點圓柱90提供導(dǎo)電液體自動補給，導(dǎo)電液體的補充可長時間維持電極的低阻抗條件，保證腦電信號的長時間穩(wěn)定采集。

在外圓環(huán)70和內(nèi)圓環(huán)80底部各圓孔上安裝電極觸點圓柱90，構(gòu)成電極觸點梳狀陣列。通過梳狀陣列結(jié)構(gòu)方式可避開頭發(fā)阻礙，保證電極觸點與頭皮電學(xué)導(dǎo)通及信號順利傳導(dǎo)。該電極觸點圓柱90與頭皮直接接觸，傳導(dǎo)轉(zhuǎn)換腦電信息。

電極外套管20外徑與電極頂蓋10外徑相等，其內(nèi)徑與電極頂蓋10中圓形凸臺直徑相等，其高度大于第一緩沖彈簧30和第二緩沖彈簧40的高度2mm以上。電極外套管20通過環(huán)氧樹脂等粘劑固定于電極頂蓋10上。

內(nèi)圓環(huán)蓋50外徑與內(nèi)圓環(huán)80外徑相等，內(nèi)圓環(huán)蓋50中圓形凸臺直徑與內(nèi)圓環(huán)80內(nèi)徑相等，內(nèi)圓環(huán)蓋50通過粘接劑密封固定于內(nèi)圓環(huán)上，形成圓形導(dǎo)電液體第一儲液池81。

外圓環(huán)蓋60外徑與電極頂蓋10中圓形凸臺直徑相等，外圓環(huán)蓋60內(nèi)徑與內(nèi)圓環(huán)蓋50外徑相等，外圓環(huán)蓋60通過粘接劑密封固定于外圓環(huán)70上，內(nèi)部中空形成環(huán)形導(dǎo)電液體第二儲液池71。

外圓環(huán)70與電極外套管20、內(nèi)圓環(huán)80與外圓環(huán)70之間均有縫隙，使得內(nèi)圓環(huán)80和外圓環(huán)70可獨立沿軸向錯位移動。

使用時，電極裝置中的電極觸點圓柱90與大腦頭皮接觸，將大腦頭皮腦電信號進行采集，進而通過第二儲液池71和第一儲液池81中的導(dǎo)電液體、外圓環(huán)70和內(nèi)圓環(huán)80將信號傳至內(nèi)圓環(huán)蓋50和外圓環(huán)蓋60上的引線上，引線通過電極頂蓋10中央圓孔引至外部采集電路系統(tǒng)。內(nèi)圓環(huán)80和外圓環(huán)70可獨立沿軸向錯位移動，以適應(yīng)近似橢球大腦頭皮形狀。當頭部有顛簸、振動時，第一緩沖彈簧30和第二緩沖彈簧40可分別跟隨其運動，保證電極觸點陣列與頭皮之間穩(wěn)定接觸，降低運動偽跡。導(dǎo)電液體第二儲液池71和第一儲液池81為電極觸點圓柱90持續(xù)提供導(dǎo)電液體，保證電極持續(xù)維持低阻抗和長期工作使用。

本實施例中，優(yōu)選地，電極頂蓋10外直徑23mm，電極外套管20的高度為18mm，第一導(dǎo)電液體導(dǎo)管口13、第二導(dǎo)電液體導(dǎo)管口14、第一圓孔52和第二圓孔61的直徑為2mm，電極觸點圓柱90尺寸為φ2mm×7mm。第一緩沖彈簧30的直徑為6mm，高度為15mm。第二緩沖彈簧40的直徑為14mm，高度15mm。外圓環(huán)70的外直徑為21mm，高度為6mm。內(nèi)圓環(huán)80的外直徑為10mm，高度為6mm。外圓環(huán)蓋60、內(nèi)圓環(huán)蓋50、外圓環(huán)70、內(nèi)圓環(huán)80和電極觸點圓柱90材質(zhì)均為金屬。

綜上所述，本發(fā)明提供了一種基于獨立分圈緩沖結(jié)構(gòu)的低阻抗腦電傳感電極裝置，通過獨立分圈緩沖結(jié)構(gòu)有效解決因頭部顛簸、振動所引起的電極與頭皮接觸不穩(wěn)和運動偽跡；通過導(dǎo)電液體自動補給加注結(jié)構(gòu)，保證電極觸點圓柱作為電極的低阻抗特性和長時間連續(xù)使用，為腦機接口技術(shù)及其應(yīng)用提供可靠的腦電傳感電極裝置。

盡管已經(jīng)結(jié)合優(yōu)選的實施例對本發(fā)明進行了詳細地描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解的是在不違背本發(fā)明精神和實質(zhì)的情況下，各種修正都是允許的，它們都落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護范圍之中。