[发明专利]一种具有梯度孔隙率的柔性触头及其包含该柔性触头的凝胶半干电极和脑电帽

说明书

本发明涉及一种具有梯度孔隙率的柔性触头及其包含该柔性触头的凝胶半干电极和脑电帽，具体公开了用于半干电极的柔性触头，所述柔性触头为具有梯度孔隙率的水凝胶，所述具有梯度孔隙率的水凝胶由两层以上的不同孔隙率的水凝胶构成，其中靠近外层的水凝胶孔隙率低于其内层的水凝胶孔隙率。本发明还公开了包含上述柔性触头的半干电极。本发明的半干电极能够用于脑电信号的采集，适合长时间使用，可以有效的防止运动导致的接触阻抗变化和运动信号伪迹的产生。

技术领域

本发明属于生物材料和检测领域，具体涉及一种用于脑电记录的凝胶半干电极及其制备方法和应用。

背景技术

脑电记录可以用于检测疾病状态，特别是临床领域，如用于癫痫发作检测、灶点位置推测等，并被广泛用于医用和民用的注意力、放松程度、睡眠状态检测等设备中。目前脑电极主要有以下几种:湿电极、干电极、电容电极和准干电极。

传统脑电图机使用的湿电极常用Ag/AgCl粉末电极，结合导电胶，可以达到记录的目的。电极包括导线、金属触点、镀层，通过使用包含Cl离子的导电凝胶，可以很好的建立不易极化的电解质界面，此外导电凝胶可以穿透头法，顺应头皮表面并为高电阻角质层水合，从而确保稳定的电解质皮肤接口。但这种脑电图信号的采集和电极应用在使用前需要大量的准备时间，采集通道数越多，需要的时间也越长。而且经过一段时间的使用，导电胶会逐渐干掉，不仅成为长期脑电信号记录的瓶颈，也需要花费大量的时间精力对记录系统进行调试和维护。在电极的布置过程中需要皮肤清洁或擦伤，头皮擦伤可能会带来感染的危险，并且会带来短期和长期的疼痛。此外导电凝胶或胶粘剂可能会弄脏头发，甚至可能引起过敏反应。同时由于凝胶的意外扩散，在相邻电极之间经常发生短路，特别是在高密度记录的情况下。这些不方便和不舒适的问题限制了基于导电凝胶的脑电图的广泛应用。

干电极和半干电极以及电容电极的使用可以避免使用导电胶。干电极的技术原理通常是使用接触式电极。导电部分通常是由一系列可穿刺角质层的微钉或微针组成的，通常为在纳米微米甚至毫米几倍的穗状或针状结构，因此侵入式干电极可以有效的绕过角质层，从而在较低阻抗的情况下进入皮肤的内层。虽然这种有创干电极具有诸如设置快速、电阻低、机械稳定性良好以及对运动伪影耐受等优点。但是，其也存在很多缺点，例如，电极通常在运动和其他状态下，易碎的尖峰往往会折断并引起感染或发炎，还会带来电极之间的阻抗不匹配的问题。

电容电极通过牺牲电极组解决电极与皮肤之间的不良接触，通常将绝缘层放置在电容电极导电的前端，这样可以在电极与皮肤干层下方的组织之间形成电容，电极的导体和皮肤干燥层下面的组织充当电容器的两个极板，它的优点是信号保真度不再依赖皮肤阻抗，因此减少了由于皮肤阻抗引起的信号变化。然而电容电极具有以下主要缺点，首先是振幅过低，无法记录自发性EEG或ERP。其次，电极阻抗很高，这可能导致信号质量下降，为了减轻这些问题人们将超高阻抗前置放大器与电极集成在一起。最后由于电容器两极板间距的变化，电极对运动伪影很敏感。

半干电极弥合了典型的干电极和湿电极之间的间隙，既保留了两者的优点，又解决了它们各自的大部分缺点。通常，电解质的体积大约为几微升，这远远低于每个湿电极所用的导电胶1-2mL的体积。使用少量的电解质半干电极不仅可以避免弄脏头发并防止短路，还可以局部水化头皮，从而降低电极头皮的阻抗并有效的将电极耦合到头皮上得到相对稳定的电极皮肤界面，半干电极对电磁干扰和运动伪影不敏感，同时半干电极可以像干电极一样便于设置，并且在记录之后无需清洁头发，因此半干电极在实际的脑电采集中显示出广阔的应用前景。但目前半干电极依然存在制备工艺复杂，需要一段时间补充电解质，贴合度不高以及机械强度无法满足使用等问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种半干电极，其结构简单、能够自补充电解质、具有良好的机械强度和柔韧性，能够用于脑电记录。

本发明一个方面提供了一种用于半干电极的柔性触头，所述柔性触头为具有梯度孔隙率的水凝胶，所述具有梯度孔隙率的水凝胶由两层以上的不同孔隙率的水凝胶构成，其中靠近外层的水凝胶孔隙率低于其内层的水凝胶孔隙率。