[發(fā)明專利]可用于動態(tài)心電測量的柔性心電電極及制作方法

在審

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• 申請日: 2016-03-01
• 公開（公告）號: CN105615874A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發(fā)明（設計）人: 裴為華;張賀;郭旭宏;陳弘達
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: A61B5/0408
• 分類號: A61B5/0408
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術領域

本發(fā)明屬于可穿戴器件技術領域，具體涉及一種可用于動態(tài)心電測量 的柔性心電電極及制作方法，其適合記錄人體在大幅度運動狀態(tài)下心電數(shù) 據(jù)的柔性心電電極貼。

背景技術

近年來，隨著社會經(jīng)濟和科技水平的提高，人們對健康的關注有了顯 著的提高。心電是由人體心肌生物電活動產(chǎn)生的，是醫(yī)學上檢測心臟病的 重要手段，心電信號的監(jiān)測受到越來越多的關注。常規(guī)的心電監(jiān)測是記錄 患者在兩三分鐘內的一段心電波形，但是有些患者的心電圖波形只是在某 些時刻會出現(xiàn)異常，因此讓這樣的患者做心電圖基本看不出什么問題。而 動態(tài)心電監(jiān)測可以在24小時連續(xù)監(jiān)測并記錄多達10萬次左右的心電信 號，可以記錄全部的異常電波。通過動態(tài)心電監(jiān)測，醫(yī)生可以發(fā)現(xiàn)患者隱 藏比較深的身體缺陷，尤其對早期冠心病有較高的檢出率。

電極在心電記錄中扮演著一個重要的角色，電極性能的好壞直接影響 到心電的記錄。目前，大部分電極都能很好監(jiān)測人體靜止狀態(tài)下的心電信 號，但是在動態(tài)心電監(jiān)測中，患者會經(jīng)常處于運動狀態(tài)，電極和皮膚會發(fā) 生相互作用從而產(chǎn)生運動偽跡。運動偽跡嚴重干擾測量的正常進行，也影 響到臨床醫(yī)學診斷。運動偽跡主要包含兩種：一種是由于電極和皮膚之間 的滑移。二者接觸界面不穩(wěn)定，電荷重新分配，產(chǎn)生很多噪音。另一種是 由于電極和皮膚之間的擠壓。由于皮膚及皮下組織存在皮膚電勢(Wiese， ScottR.，etal.″Electrocardiographicmotionartifactversus electrodeimpedance.″BiomedicalEngineering，IEEETransactions on52.1(2005)：136-139.)，也會形成電壓，疊加在原來的心電信號上， 其幅度和心電信號處于同一個數(shù)量級，幅度大概為幾個毫伏。

現(xiàn)有的醫(yī)用濕電極直接在皮膚表面提取電生理信號，同時已有報道的 微針式干電極盡管靠微針穿過角質層提取電生理信號，但其電極根部仍然 和角質層接觸，這兩類電極都存在著耦合皮膚電勢信號的通路，因此無法 避免皮膚電勢的干擾。為了克服電極在記錄動態(tài)心電信號時運動偽跡的影 響，發(fā)明人設計了一種帶有硬質微針陣列的柔性干電極。柔性電極可以和 皮膚更緊密的貼合在一起，不易與皮膚發(fā)生相對滑移。此外，這種帶有微 針陣列的干電極只在針尖導電，其他與皮膚表面直接接觸的區(qū)域全都絕 緣。當使用這種帶有微針的干電極在皮膚表面記錄心電信號時，微針陣列 可以直接穿透阻抗較高的表皮角質層使得導電的針尖部位直接與阻抗較 低的生發(fā)層接觸，而電極的其他部位均與皮膚絕緣。當電極與皮膚之間發(fā) 生垂直方向的擠壓時，由皮膚及皮下組織產(chǎn)生的皮膚電勢不會被電極記 錄，因此不會疊加在正常的心電信號上，從而克服了傳統(tǒng)濕電極或干電極 與皮膚表面直接接觸的缺點，避免了運動偽跡的產(chǎn)生，使得在大幅度運動 情況下記錄心電信號成為可能。

發(fā)明內容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種可用于動態(tài)心電測量的柔性心電電 極及制作方法，以解決現(xiàn)有心電電極在人體運動狀態(tài)下記錄心電時會受到 運動偽跡的干擾，從而導致心電記錄被嚴重干擾，既而影響醫(yī)生診斷的問 題。在動態(tài)心電監(jiān)測中，人體如果存在大幅度的運動，一方面電極與皮膚 之間會發(fā)生相對滑移，影響心電記錄；另一方面由于擠壓會在皮膚及皮下 組織產(chǎn)生皮膚電勢而形成電壓，此電壓被與皮膚表面接觸的電極記錄后， 會疊加在原來的心電信號上，干擾心電的記錄。本發(fā)明的目的在于解決上 述現(xiàn)有技術的問題點。

發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)通過以下設計能夠解決上述課題：

一種可用于動態(tài)心電測量的柔性心電電極，包括柔性襯底、硬質微針 陣列、導電層和絕緣層，所述硬質微針陣列直接鍵合在柔性襯底上，所述 導電層設于所述柔性襯底和硬質微針陣列上，所述絕緣層設于導電層上， 所述柔性襯底的材料為聚二甲基硅氧烷(PDMS)。所述硬質微針陣列的材 料為硅，所述導電層的材料為鈦/金，所述絕緣層的材料為聚對二甲苯 (Parylene)。

上述電極被Parylene絕緣層包裹，只有微針陣列針尖區(qū)域和電極背 面部分區(qū)域暴露出導電層。只有刺入到皮膚內部生發(fā)層的微針尖端可以記 錄到心電信號，與皮膚表面直接接觸的電極由于被Parylene絕緣層包裹 不會記錄到任何信號，從而避免了人體大幅度運動時電極與皮膚表面發(fā)生 垂直方向的擠壓運動時產(chǎn)生的皮膚電勢對心電信號的干擾。