[發明專利]刺入深度可控的異平面微針陣列腦電干電極

有效

• 申請號: 201110215380.7
• 申請日: 2011-07-29
• 公開（公告）號: CN102334989A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發明（設計）人: 劉景全;王龍飛;楊春生;楊斌
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: A61B5/0478
• 分類號: A61B5/0478
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及的是一種生物醫學領域的裝置，具體是一種刺入深度可控的異平面微針陣列腦電干電極。

背景技術

近年來，隨著微機電系統（MEMS：Micro-Electro-Mechanical?Systems)技術的不斷發展和成熟，使得微電子設備和微傳感器等微型系統應用范圍不斷擴大，已廣泛應用于民用、醫學、軍事等領域。基于微加工工藝的針型微電極的研究得到了迅速發展。

微電極結構主要有平面微電極和異平面微電極以及將平面微電極組裝成陣列形狀的微電極，這些不同結構的微電極都具有各自的特點。

傳統的腦電信號采集設備是基于濕電極的。使用者在使用腦電信號采集設備前，必須要涂導電膏，以減少角質層對采集到的腦電信號的影響。但是涂抹導電膏需要在外人輔助下進行，需要花費較長時間，而且濕的導電膏干后不能有效采集腦電，不利于長期采集腦電。近些年來，隨著微電極技術的發展，出現了干電極腦電信號采集設備。該設備通常采用微針結構。微針的長度剛穿透角質層，有效的獲取腦電信號，又可以無痛。這種方式不僅能夠克服角質層的電阻性，還可以避免涂抹導電膏的不便，而且由于采集到的信號是直接從生發層提取的，其采集到的信號甚至比濕電極腦電信號采集設備采集到的信號效果要好。

目前針對采集腦電信號的干電極如何突破頭發的障礙是一個迫在眉睫的問題。一方面，由于MEMS制造工藝的限制，難以制造出高剛度微電極，微電極過長剛度不夠，過短則無法穿透頭發；另一方面，由于頭發的干擾，加上腦電信號的微弱，微電極穿過頭發采集腦電信號很困難。

經對現有技術文獻的檢索發現，W.C.?Ng，H.?L.?See等人在《Journal　of?Materials?Processing?Technology》209?(2009)4434-4438撰文“Micro-spike?EEG?electrode?and?the?vacuum-casting?technology?for?mass?production”(“使用真空微鑄造技術批量生產的微針腦電極”《材料工藝技術》)，該文提及采用鑄造技術形成一個柱子和針尖，柱子在一個圓柱形基座上，基座上按照直徑不同形成陣列，柱子的作用是作為一個障礙來控制針尖刺入頭皮的深度，避免電極刺入頭皮太深。但是，該文中并未對微針電極的剛性作出充分考慮，由于從微針電極的制作工藝上來講，微針過長則剛性不足，不利于突破頭發障礙并刺穿頭皮，而且，無法控制穿過頭發刺入頭皮的深度。

發明內容

本發明目的在于針對現有技術的不足和缺陷，提出一種刺入深度可控的異平面微針陣列腦電干電極，該電極能都快速獲得可靠穩定的腦電信號，以解決一直以來在采集腦電的時候受到頭發干擾的問題。本發明可以插入頭發，異平面微針電極陣列可以通過控制電路控制其在框架內作上下運動，調整合適位置避免頭發障礙刺穿頭皮達到皮膚的生發層進行腦電信號的采集。

本發明通過以下技術方案實現，本發明包括：微針電極，微針電極載體，微針電極框架和控制裝置。其中：所述微針電極框架上設有小圓柱陣列，所述小圓柱上設有通孔，所述微針電極通過微針電極載體組裝成異平面微針電極陣列，組裝后的異平面微針電極陣列通過微針電極框架上的通孔插入微針電極框架中，控制裝置設置在微針電極框架上，所述微針電極位置可以通過控制裝置的控制在微針電極框架內上下調節。在采集時，利用微針電極框架上小圓柱穿過頭發抵觸頭皮，再控制異平面微針電極陣列在微針電極框架內的壓縮運動刺穿頭皮達到相應位置。

所述的微針電極通過MEMS技術制作的平面電極，長度可以根據頭發的厚度來確定，針尖長度為0.05~0.15mm，利用MEMS技術制作出具有合適長度的微針和載體，通過框架上開出的通孔將微針插入其中組裝成異平面微針電極陣列，此電極的陣列數可以根據需要制作出相應的陣列數，陣列軌跡也可以靈活設計。

所述的框架結構為直徑、高度不等的三個圓柱體疊加而成，最上面的圓柱直徑最大，往下依次減小，最下面的小圓柱直徑需根據微針電極以及頭發之間的間隙來確定。三個圓柱的高度根據電極的固定位置、頭發細密進行設計。最下面的小圓柱需要根據異平面微針電極陣列的個數和軌跡來確定其個數以及軌跡，二者在數量和軌跡上相同即可。同時，需要在框架上開通孔，孔徑根據微針的直徑確定，只需要比微針直徑略大一點，能夠讓微針電極穿過即可。