[发明专利]腕带式生物信号采集设备及其制作方法

说明书

本发明提供一种腕带式生物信号采集设备及其制作方法。该设备包括腕带、形成在微针阵列基底上的微针阵列、生物信号输出接口，其中，所述微针阵列固定在所述腕带上与佩戴者的腕部皮肤接触，所述生物信号输出接口与所述微针阵列电极连接以输出采集到的生物信号。本发明提供的腕带式生物信号采集设备成本低廉、使用简单、携带方便、安全舒适，使用者能够长时间佩戴该设备持续稳定记录静止和运动时生物信号。

技术领域

本发明涉及生物信号采集技术领域，尤其涉及一种腕带式生物信号采集设备及其制作方法。

背景技术

生物信号包括肌电信号(electromyography，EMG)、心电信号(electrocardiography，ECG)等的监测，是目前各种生物医学领域中用于人体健康状况和疾病早期诊断的重要手段。EMG监测可用于神经肌肉疾病的诊断、肌肉运动功能的检测以及假肢控制等方面；而通过记录ECG信号来分析心率变异性(heart rate variability，HRV)可以应用于心血管疾病(高血压、心肌梗死、心脏性猝死的预测、冠心病、充血性心力衰竭等)的诊断以及评价自主神经的功能(包括糖尿病、甲状腺功能异常、妇产科、呼吸系统疾病、麻醉意外预测等)等方面。

目前生物电信号的采集必然需要电极和采集系统，但传统的生物信号采集电极是银/氯化银(Ag/AgCl)电极，需要使用导电凝胶或医用胶纸将其贴于被测皮肤表面，并通过导电凝胶渗透入角质层来降低电极与皮肤接触界面阻抗(electrode-skin interfaceimpedance，EII)，从而采集生物电信号。导电凝胶一方面会随着时间慢慢变干而增加EII，另一方面会对一些皮肤敏感的使用者造成伤害，因此目前的Ag/AgCl湿电极都是一次性使用的，且不能用于长期监测。而干电极不需要导电凝胶，可以被用来代替湿电极，但是普通的干电极一方面因为有角质层而EII高，另一方面因为与皮肤接触不好易受运动干扰且拉扯易脱落。为了克服上述问题，2000年，英国皇家理工学院的Criss等人设计了一种微针电极阵列并用于采集脑电信号(electroencephalography，EEG)。微针电极不需要导电凝胶，可以刺穿皮肤角质层到达导电性高的活性表皮，一方面降低电极与皮肤接触界面阻抗(EII)，另一方面与皮肤接触稳定不易受环境干扰，而且使用方便，前后都不需要复杂的准备和清洁过程，因此微针阵列电极有望克服传统电极存在的问题。

就电极而言，现有的Ag/AgCl湿电极因导电凝胶会受环境温度、湿度变化以及时间推移的影响，且不适用于皮肤敏感者，需要合适的干电极来代替。而现有的干电极因与皮肤接触界面阻抗(EII)较大，且易受运动、拉扯等的干扰，不能实现稳定的采集生物信号。而微针阵列电极因其微针能穿透角质层到达阻抗较低的活性表皮来降低EII，并且微针电极与皮肤接触稳定，可以减轻运动等的干扰，因此有望克服上述电极存在的困难，实现长期生物信号检测。

对于微针阵列电极的制作，经典的光刻和蚀刻技术需要在净室中使用精密的装备且容易产生有毒废料，不方便、昂贵且不环保；激光加工的方法效率高且灵活，但是使用纯铜材料生物兼容性有待考虑，对于高密度且微小尺寸的微针，激光聚焦可能达不到；3D打印技术虽灵活但同样不适合高密度且微小尺寸的微针。现有技术只是简单的说明了可以用微针阵列电极来采集生物电信号，但是还没有完整的基于阵列电极的可穿戴系统，而电极的佩戴仍然需要使用胶布等来固定，这对于一些皮肤敏感的使用者仍然是个问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种腕带式生物信号采集设备及其制作方法，基于微阵列电极设计使用简单、携带方便、安全舒适的可穿戴设备。

根据本发明的第一方面，提供了一种腕带式生物信号采集设备。该设备包括腕带、形成在微针阵列基底上的微针阵列、生物信号输出接口，其中，所述微针阵列固定在所述腕带上与佩戴者的腕部皮肤接触，所述生物信号输出接口与所述微针阵列电极连接以输出采集到的生物信号。

在一些实施例中，所述微针阵列基底是柔性电路板，所述微针阵列基底的导电底盘是圆形，圆形底盘直径是800um。