一种基于空间树状网络结构的干湿混合脑电电极的制作方法

1.本发明涉及脑机接口技术领域，具体为一种基于空间树状网络结构的干湿混合脑电电极。


背景技术：

2.脑电图是头皮表面记录到的大脑神经元产生的电活动。脑电起源于大脑皮层大量神经元的同步突触活动，主要贡献来自靠近头皮、高度极化、垂直于头皮表面的锥体细胞。脑电图采集过程具体为头皮表面电极记录的电压信号通过放大器转换为适当电压范围内的信号，然后通过模数转换器将信号从模拟电压格式转换为数字格式，最后通过记录电脑进行数据存储和处理。脑电电极在获取高质量脑电数据方面起到重要作用，需要具有良好的导电性和较低的接触阻抗，通常使用一些导电介质填充电极和头皮之间的空隙。
3.传统的脑电信号采集方式是盘状湿电极配合弹性织物脑电帽按照国际10-20电极排布系统布置在相应脑区，使用时向湿电极预留孔隙注入导电膏浸润头发，在湿电极与头皮间形成稳定、低阻抗的电连接。虽然是脑电信号采集黄金标准，湿电极仍存在逐个电极注入导电膏操作过程繁琐、过量导电膏难清理和电极间信号串扰等实际问题；例如中国发明专利公开号为cn113080980a公开了一种可调式脑电电极模块，其中需要逐个电极注入导电膏。针对湿电极上述不足，干电极技术逐步发展成熟，其多采用梳状多齿结构，以穿透头发与头皮直接接触，消除头发造成的电隔离，无需使用导电膏，操作过程简便；例如中国实用新型专利公开号为cn213606414u公开了一种用于脑电检测的干电极，其中采用的是干电极。但是，干电极与皮肤间界面阻抗大、低比表面积特征降低电极导电性能、刚性结构易产生滑动伪迹，导致难以获得纯净的脑电信号，此外，低密度齿柱受压产生的较高压强也影响了佩戴舒适性，例如中国发明专利公开号为cn110786852a公开了一种干湿通用型脑电传感电极，但是其低密度电极受压产生的较高压强也影响了佩戴舒适性。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于如何提供一种在保证脑电信号质量的基础上提升使用便利性和穿戴舒适性的脑电电极。
5.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
6.一种基于空间树状网络结构的干湿混合脑电电极，包括套筒、电极和弹簧，所述套筒上设有竖向贯通的台阶孔，所述电极顶部设置在台阶孔的大孔径内部，所述弹簧固定在电极顶部与台阶孔的大孔径内部顶面之间；
7.所述电极包括球头、球头杆、空间树状网络结构和电极头，所述球头铰设在台阶孔的大孔径内部，所述球头远离套筒的一端通过球头杆连接空间树状网络结构，所述空间树状网络结构包括多级横向分流杆，所述球头杆与第一级横向分流杆连接，上一级横向分流杆的两端分别逐级连接下一级横向分流杆形成空间树状网络结构，最后一级横向分流杆的两端均连接所述电极头，所述球头、球头杆、横向分流杆和电极头内部均设有相连通的通
道，所述球头内部的通道与台阶孔连通。
8.通过多级横向分流杆形成空间树状网络结构并在最后一级横向分流杆的端部设置电极头，高密度空间树状网络结构端部的电极头能够有效穿透头发同时减小电极头对头皮的压强，提升穿戴舒适性；同时，导电膏通过从球头杆、横向分流杆以及电极头的通道流入在头皮上，从而使得头皮与电极头之间形成局部导电膜，有效降低电极阻抗，提升脑电信号采集质量。本发明兼具湿电极的稳定、低阻抗电连接性能以及干电极的使用便利性；同时，高密度空间树状网络结构稳定的输运特性保证各末端电极头输出等量导电膏，保证电极头与头皮之间形成稳定局部导电膜。
9.优选地，还包括电极保护罩，所述电极保护罩挂设在台阶孔内，所述电极保护罩顶部设有能够套设球头的球头孔。
10.优选地，上一级横向分流杆与下一级横向分流杆之间还设有竖向分流杆，所述竖向分流杆内设有与横向分流杆内部通道连通的通道。
11.优选地，所述套筒外壁设有环形槽，所述环形槽内套设有弹性卡圈。
12.优选地，所述套筒还设有与台阶孔连通的穿线孔。
13.优选地，所述球头内部的通道内壁上设有密封圈。
14.优选地，所述球头、球头杆、横向分流杆和电极头上均镀设有导电层。
15.优选地，所述横向分流杆的尺寸逐级按同一比例缩小。
16.优选地，上一级横向分流杆与下一级横向分流杆的直径比为2:1。
17.优选地，上一级横向分流杆与下一级横向分流杆的长度比为√2:1。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
19.通过多级横向分流杆形成空间树状网络结构并在最后一级横向分流杆的端部设置电极头，高密度空间树状网络结构端部的电极头能够有效穿透头发同时减小电极头对头皮的压强，提升穿戴舒适性；同时，导电膏通过从球头杆、横向分流杆以及电极头的通道流入在头皮上，从而使得头皮与电极头之间形成局部导电膜，有效降低电极阻抗，提升脑电信号采集质量。本发明兼具湿电极的稳定、低阻抗电连接性能以及干电极的使用便利性；同时，高密度空间树状网络结构稳定的输运特性保证各末端电极头输出等量导电膏，保证电极头与头皮之间形成稳定局部导电膜。
附图说明
20.图1为本发明实施例的一种基于空间树状网络结构的干湿混合脑电电极的结构示意图；
21.图2为本发明实施例的剖视图；
22.图3为图2中a的放大图；
23.图4为本发明实施例电极的结构示意图。
具体实施方式
24.为便于本领域技术人员理解本发明技术方案，现结合说明书附图对本发明技术方案做进一步的说明。
25.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等
术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
26.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
27.参阅图1至图4，本实施例公开了一种基于空间树状网络结构的干湿混合脑电电极，包括套筒1、电极2和弹簧3，所述套筒1上设有竖向贯通的台阶孔11。
28.所述电极2包括球头21、球头杆22、空间树状网络结构和电极头23，所述球头21铰设在台阶孔11的大孔径内部，所述球头21远离套筒的一端通过球头杆22连接空间树状网络结构，所述空间树状网络结构包括多级横向分流杆24，在本实施例中，所述横向分流杆24设有8级，所述球头杆22与第一级横向分流杆24连接，上一级横向分流杆24的两端分别逐级连接下一级横向分流杆24形成空间树状网络结构，最后一级横向分流杆24的两端均连接所述电极头23，所述球头21、球头杆22、横向分流杆24和电极头23内部均设有相连通的通道，用于导电膏的流入，所述球头21内部的通道与台阶孔11连通；具体的，注射器4的注射头伸入台阶孔11后进入球头21内部的通道，将导电膏注入通道内，进而导电膏依次从球头杆22、横向分流杆24进入电极头23的通道，最终从电极头23流出。
29.所述弹簧3固定在球头21顶部与台阶孔11的大孔径内部顶面之间，通过弹簧3变形使得电极2在套筒1上有一定的弹性，适应一定头围大小变化，提高佩戴舒适性。
30.本发明通过多级横向分流杆24形成空间树状网络结构并在最后一级横向分流杆24的端部设置电极头23，高密度空间树状网络结构端部的电极头23能够有效穿透头发同时减小电极头23对头皮的压强，提升穿戴舒适性；同时，导电膏通过从球头杆22、横向分流杆24以及电极头23的通道流入在头皮上，从而使得头皮与电极头23之间形成局部导电膜，有效降低电极阻抗，提升脑电信号采集质量。本发明兼具湿电极的稳定、低阻抗电连接性能以及干电极的使用便利性；同时，高密度空间树状网络结构稳定的输运特性保证各末端电极头23输出等量导电膏，保证电极头23与头皮之间形成稳定局部导电膜。
31.进一步的，所述套筒1外壁设有环形槽12，所述环形槽12内套设有弹性卡圈5，所述套筒1还设有与台阶孔11连通的穿线孔13，电极线6从管线孔13穿入台阶孔11并与球头21电连接。
32.进一步的，上一级横向分流杆24与下一级横向分流杆24之间还设有竖向分流杆(图中未标注)，所述竖向分流杆内设有与横向分流杆内部通道连通的通道，通过竖向分流杆的设置，使得电极2呈空间立体分布。
33.进一步的，所述球头21内部的通道内壁上设有密封圈7，用于对注射器4的注射端进行密封，防止导电膏逆流，所述球头21、球头杆22、横向分流杆24和电极头23上均镀设有导电层，导电层采用agcl导电材料。
34.再进一步的，所述横向分流杆24的尺寸逐级按同一比例缩小，上一级横向分流杆24与下一级横向分流杆24的直径比为2:1，需说明的是，上一级横向分流杆24与下一级横向
分流杆24内部的通道也是按照上述直径比逐级缩小；上一级横向分流杆24与下一级横向分流杆24的长度比为
35.进一步的，本实施例还包括电极保护罩8，所述电极保护罩8挂设在台阶孔11内，所述电极保护罩8顶部设有能够套设球头21的球头孔(图中未标注)，具体的，球头21与电极保护罩8顶部球头孔与球头21球窝配合后，电极保护罩8顶部外侧凸台与台阶孔11配合，保证电极保护罩8与套筒1之间的相对直线运动，并防止电极保护罩8意外脱出，球头21可绕电极保护罩8顶部内侧球头窝万向运动，实现球面运动，进而使得电极2可根据头部曲率自适应调节角度，保持电极2与头部法线重合。
36.本实施例的工作原理为：通过高密度空间树状网络结构端部的电极头23能够有效穿透头发并贴合在头皮上，注射器4的注射头伸入台阶孔11后进入球头21内部的通道，将导电膏时注入通道内，进而导电膏依次从球头杆22、横向分流杆24进入电极头23的通道，最终从电极头23流出在头皮上，从而使得头皮与电极头23之间形成局部导电膜，有效降低电极阻抗，提升脑电信号采集质量。
37.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
38.以上所述实施例仅表示发明的实施方式，本发明的保护范围不仅局限于上述实施例，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。